DE69937579T2 - Herstellungsverfahren für siliziumeinkristall und vorrichtung zur herstellung einer siliziumeinkristallstange und behandlungsverfahren für siliziumeinkristallwafer - Google Patents

Herstellungsverfahren für siliziumeinkristall und vorrichtung zur herstellung einer siliziumeinkristallstange und behandlungsverfahren für siliziumeinkristallwafer Download PDF

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Hirotaka Nakajima
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    • C30B15/206—Controlling or regulating the thermal history of growing the ingot

Description

  • Technisches Sachgebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine auf einem Czochralski-Verfahren basierende Herstellungsvorrichtung für Siliziumeinkristalle.
  • Hintergrund der Erfindung
  • [Auf einem CZ-Verfahren basierende Einkristallstangenherstellungsvorrichtung]
  • Verfahren zum Ziehen eines Einkristalls mittels eines Czochralski-Verfahrens (CZ-Verfahren) stellen eine bekannte Technologie dar, und auf einem CZ-Verfahren basierende Einkristallherstellungsvorrichtungen werden verbreitet verwendet. Um einen Einkristall durch ein CZ-Verfahren zu erhalten, wird ein Einkristall aus einer Schmelze gezogen. Es wurden einige Einkristallherstellungsvorrichtungen vorgeschlagen und vertrieben, welche einen Einkristall schneller ziehen können, indem sie den Temperaturgradienten eines Einkristalls nahe der Grenzfläche zwischen dem festen und dem flüssigen Zustand erhöhen ( Japanische Offenlegungsschrift Nr. 63-256593 , Japanische Offenlegungsschrift Nr. 8-239291 und Patent Nr. 2562245 ).
  • 6 ist ein Längsschnitt, der ein Beispiel für eine herkömmliche Einkristallherstellungsvorrichtung zeigt. Wie in 6 dargestellt, umfasst die herkömmliche Herstellungsvorrichtung 10 ein Wärmeabschirmelement 12, wel ches den flüssigen Pegel der Schmelze 15 und die Heizeinrichtung 16, welche die Einkristallstange 11 umgibt, gegen Wärmestrahlung abschirmt, und eine Kühleinrichtung 13 zum Abkühlen der Einkristallstange während des Ziehens (im folgenden gezogene Einkristallstange genannt). Die Kühleinrichtung 13 ist vorgesehen, um den Temperaturgradienten der gezogenen Einkristallstange 11 in Achsrichtung zu erhöhen, und wird gegenwärtig in zahlreichen auf einem CZ-Verfahren basierenden Einkristallstangenherstellungsvorrichtungen verwendet, um die Effizienz der Herstellung einer Einkristallstange durch Erhöhen der Geschwindigkeit des Ziehens der Stange 11 zu verbessern.
  • [Hinteres Ende der Einkristallstange]
  • Bei der Herstellung einer Einkristallstange durch das Czochralski-Verfahren, muss der umgekehrt kegelförmige zulaufende Bereich, der allgemein als hinteres Ende bezeichnet wird, gebildet werden, nachdem der Kristall bis zu einer gewünschten Länge gezüchtet wurde. Wenn die gezogene Einkristallstange plötzlich aus der Schmelze gezogen wird, entsteht eine Kristallverschiebung, die allgemein als Versetzung (Zurückrutschen) bezeichnet wird, so dass dieser Bereich nicht als Produkt verwendet werden kann.
  • Das Zurückrutschen entsteht hier an einer Stelle der Stange, die um den Durchmesser eines Bereichs von der Schmelzenoberfläche entfernt ist, um bis zum Ende des Ziehvorgangs so viele als Produkt geeignete Wafer wie möglich aus der Stange zu erhalten, und das hintere Ende muss gebildet werden, indem der Durchmesser der Stange bis zum Ende des Ziehvorgangs vorsichtig verjüngt wird, so dass das Zurückrutschen in einem zu Wafern zu verarbeitenden Teil (im folgenden Körper genannt) nicht entsteht.
  • Zur Bildung des hinteren Endes wird dieses normalerweise ungefähr mit der Länge des Durchmessers des Körpers ausgebildet. Wenn das hintere Ende zu kurz ist, berührt ein Bereich mit abnormaler Oxidausfällung den Körper. und dieser Bereich ist als Produkt ungeeignet, während ein zu langes hin teres Ende unwirtschaftlich ist, da das hintere Ende nicht als Wafer verwendet werden kann.
  • Es ist auf diesem Gebiet bekennt, dass eine Einkristallstange mit einem geringen Temperaturgradienten in Achsrichtung der Einkristallstange gezogen wird, um das hintere Ende zu bilden. Zu diesem Zweck wurde der Temperaturgradient der gezogenen Einkristallstange verringert, indem die Temperatur der Schmelze durch Erwärmen des Tiegels über mehr als eine ausreichende Zeitdauer während der Bildung des hinteren Endes erhöht wurde.
  • Wenn jedoch der Temperaturgradient insbesondere unter Verwendung einer Kühleinrichtung absichtlich vergrößert wird, muss die Schmelze auf eine höhere Temperatur erwärmt werden. Für diese Erwärmung nimmt der Energieverbrauch zu, was unwirtschaftlich ist, und ferner wird der Quarztiegel durch diese Erwärmung außergewöhnlich erwärmt, so dass in de Tiegel existierende Blasen sich ausdehnen und platzen, und die Teile derselben haften an Kristallen an, wodurch Versetzungen entstehend, oder sie werden zu Polykristallen.
  • Um den Tiegel, der trotz der Kühleinrichtung erwärmt werden kann, zu erwärmen, muss eine enorme Energiemenge zugeführt werden, wodurch die Energiezuführvorrichtung großformatig wird, und Bauteile in einem Ofen, welche exzessiver Wärme ausgesetzt sind, verschlechtern sich schnell.
  • Bei einer derartigen Einkristallstangenherstellungsvorrichtung muss eine sogenannte "heiße Zone" in dem Ofen nach dem Abschluss der Herstellungsschritte für die Stange und dem Entnehmen der Stange aus dem Ofen demontiert und gereinigt werden, bevor der nächste Herstellungsschritt gestartet wird. Damit ein Bediener die Demontage beginnen kann, muss die heiße Zone ausreichend abgekühlt sein, wobei dieses Abkühlen bei einer herkömmlichen Vorrichtung normalerweise ungefähr sechs Stunden benötigt, wodurch die Dauer eines Produktionszyklus einer Einkristallstange verlängert und die Produktionseffizienz verringert wird.
  • JP 8333189 A , auf welche sich die Oberbegriffe der unabhängigen Ansprüche 1, 2 und 5 beziehen, beschreibt eine Vorrichtung zum Ziehen einer Einkristallstange aus einer Schmelze in einem erwärmten Tiegel. Eine vertikal bewegbare Kühlvorrichtung ist zum Kontrollieren des Auftretens von durch Oxidieren hervorgerufenen Stapelfehlern (OSF) und Massemikrofehlern (BMD) vorgesehen, um so einen qualitativ hochwertigen Kristall zu bilden.
  • EP 0 823 497 A1 beschreibt ein Czochralski-Verfahren zur Herstellung einer Siliziumeinkristallstange mit einer gleichmäßigen thermischen Historie aus einer Siliziumschmelze, die in einem koaxial zu der Stange angeordneten Tiegel enthalten ist. Während des Vorgangs wird die Ziehrate für den Endkegel der Stange auf einer relativ konstanten Rate gehalten. Während des Ziehens des Endkegels des Kristalls mit einer konstanten Rate, kann der Prozess weiter verfeinert werden, indem die der Schmelze zugeführte Wärme erhöht wird, die Kristalldrehrate verringert wird und/oder die Tiegeldrehrate verringert wird. Die zweite Hälfte des Hauptkörpers einer nach diesem Verfahren gezüchteten Siliziumeinkristallstange weist eine relativ gleichmäßige axiale Konzentration von Flussbildfehlern und eine ebensolche Menge ausgefälltem Sauerstoff auf.
  • EP 0 785 298 A1 beschreibt ein Czochralski-Verfahren zur Herstellung von Monokristallen, bei dem eine Siliziumeinkristallstange aus einer Siliziumschmelze gezogen wird, welche sich in einem in einer Kammer angeordneten Tiegel befindet. Nach dem Ziehen der Siliziumeinkristallstange aus der Siliziumschmelze in der Kammer, wird die Kammer gekühlt, indem ein Gas mit einer bestimmten thermischen Leitfähigkeit in die Kammer eingeleitet wird.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einkristallziehvorrichtung und ein Verfahren zum Steuern der Einkristallziehvorrichtung zu schaffen, wobei während des Ziehvorgangs der mit einer Kühleinrichtung versehenen Einkristallziehvorrichtung die Einkristallisationsrate verbessert und die für den Herstellungsvorgang erforderliche Zeit verringert werden kann.
  • [Mittel zur Lösung der Aufgabe]
  • Um die Aufgabe zu lösen, haben die Erfinder eingehende Untersuchungen angestellt und herausgefunden, dass der Energieverbrauch verringert und die Herstellungszeit verkürzt wird, indem die in der Einkristallstangenherstellungsvorrichtung vorgesehene Kühleinrichtung an eine geeignete Position entsprechend dem Einkristallstangenherstellungsverfahren bewegt wird, und haben so die vorliegende Erfindung fertiggestellt.
  • Insbesondere sieht die vorliegende Erfindung die folgenden Verfahren vor und kann die folgenden Vorrichtungen verwenden:
    • (C1) Ein Verfahren zum Steuern einer auf einem Czochralski-Verfahren (im folgenden CZ-Verfahren genannt) basierenden Einkristallstangenherstellungsvorrichtung mit einer Kühleinrichtung zum Kühlen einer vorbestimmten Stelle einer aus einer Schmelze gezogenen Einkristallstange (im folgenden als gezogene Einkristallstange bezeichnet), dadurch gekennzeichnet, dass wenn ein hinteres Ende der gezogenen Einkristallstange gebildet wird, der Energieverbrauch der Einkristallstangenherstellungsvorrichtung verringert wird, indem die Kühleinrichtung von der Fest-Flüssig-Grenzfläche zwischen der Einkristallstange und der Schmelze weg bewegt wird. Hierdurch ist ein Tiegel, der trotz des Kühlens durch die Kühleinrichtung immer noch erwärmt werden kann, bei der Bildung des hinteren Endes nicht erforderlich, so dass der Energieverbrauch reduziert werden kann.
    • (C2) Ein Verfahren zum Steuern einer auf einem Czochralski-Verfahren (im folgenden CZ-Verfahren genannt) basierenden Einkristallstangenherstellungsvorrichtung, bei dem eine Einkristallstange aus einer Schmelze in einem beheizten Tiegel gezogen wird, wobei die auf einem Czochralski-Verfahren basierende Einkristallstangenherstellungsvorrichtung eine Kühleinrichtung in einem Ofen aufweist, um eine vorbestimmte Stelle einer gezogenen Einkristallstange zu kühlen, dadurch gekennzeichnet, dass die Produktionszeit für eine Einkristallstange verringert wird, indem die Kühleinrichtung und der Tiegel, dessen Erwärmung beendet ist, nach dem Ziehen der Einkristallstange aus der Schmelze näher zueinander bewegt werden. Hier bedeutet "indem die Kühleinrichtung und der Tiegel, dessen Erwärmung beendet ist .... näher zueinander bewegt werden" eine Annäherung an die Heizeinrichtung, welche die Wärmequelle der auf einem CZ-Verfahren basierenden Einkristallstangenherstellungsvorrichtung bildet, und ein Abkühlen. Das Bewegen der "Kühleinrichtung und der Tiegel, dessen Erwärmung beendet ist .... näher zueinander" kann durch Anheben des Tiegels zu der Kühleinrichtung oder durch Absenken der Kühleinrichtung zu dem Tiegel oder durch eine Kombination beider Vorgänge umgesetzt werden.
    • (C3) Ein Verfahren zum Steuern einer auf einem Czochralski-Verfahren (im folgenden CZ-Verfahren genannt) basierenden Einkristallstangenherstellungsvorrichtung, bei dem eine Einkristallstange aus einer Schmelze in einem beheizten Tiegel gezogen wird, wobei die auf einem Czochralski-Verfahren basierende Einkristallstangenherstellungsvorrichtung eine Kühleinrichtung in einem Ofen aufweist, um eine vorbestimmte Stelle einer gezogenen Einkristallstange zu kühlen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung angehoben wird, um die Kühleinrichtung von der Fest-Flüssig-Grenzfläche zwischen der Einkristallstange und der Schmelze weg zu bewegen, wenn das hintere Ende der gezogenen Einkristallstange gebildet wird.
    • (C4) Eine auf einem Czochralski-Verfahren (im folgenden CZ-Verfahren genannt) basierende Einkristallstangenherstellungsvorrichtung mit einer Kühleinrichtung in einem Ofen, um eine vorbestimmte Stelle einer aus einer in einem beheizten Tiegel befindlichen Schmelze gezogenen Einkristallstange zu kühlen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrich tung abgesenkt wird, um den Tiegel, dessen Erwärmung beendet ist, nach dem Ziehen der Einkristallstange aus der Schmelze zu kühlen.
    • (C5) Die vorgenannte auf einem Czochralski-Verfahren basierende Einkristallherstellungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung in das Innere des Tiegels abgesenkt wird.
    • (C6) Eine auf einem Czochralski-Verfahren (im folgenden CZ-Verfahren genannt) basierende Einkristallstangenherstellungsvorrichtung mit einer Kühleinrichtung in einem Ofen, um eine vorbestimmte Stelle einer aus einer in einem beheizten Tiegel befindlichen Schmelze gezogenen Einkristallstange zu kühlen, dadurch gekennzeichnet, dass der Tiegel angehoben wird, um den Tiegel abzukühlen, indem die Kühleinrichtung und der Tiegel, dessen Erwärmung beendet ist, nach dem Ziehen der Einkristallstange aus der Schmelze, näher zueinander bewegt werden.
    • (C7) Eine auf einem Czochralski-Verfahren (im folgenden CZ-Verfahren genannt) basierende Einkristallstangenherstellungsvorrichtung mit einer Kühleinrichtung in einem Ofen, um eine vorbestimmte Stelle einer aus einer in einem beheizten Tiegel befindlichen Schmelze gezogenen Einkristallstange (im folgenden gezogene Einkristallstange) zu kühlen, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn das hintere Ende der gezogenen Einkristallstange gebildet wird, die Kühleinrichtung angehoben wird, um die Kühleinrichtung von der Fest-Flüssig-Grenzfläche zwischen der Einkristallstange und der Schmelze weg zu bewegen, und die Kühleinrichtung ferner abgesenkt wird, um den Tiegel, dessen Erwärmung beendet ist, nach dem Ziehen der Einkristallstange aus der Schmelze abzukühlen.
    • (C8) Ein Verfahren zur Herstellung einer Einkristallstange unter Verwendung einer auf einem Czochralski-Verfahren (im folgenden CZ-Verfahren genannt) basierenden Einkristallstangenherstellungsvorrichtung mit einer Kühleinrichtung in einem Ofen, um eine vorbestimmte Stelle einer aus einer Schmelze in einem erwärmten Tiegel gezogenen Einkristallstange (im folgenden als gezogene Einkristallstange bezeichnet) zu kühlen, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des Durchmessers der Einkristallstange durch Ändern des Abstands der Kühleinrichtung von der Fest-Flüssig-Grenzfläche zwischen der Einkristallstange und der Schmelze eingestellt wird.
  • Anders ausgedrückt trägt die Kühleinrichtung nicht nur in hohem Maße zur Einstellung des Temperaturgradienten in der Ziehrichtung an der vorbestimmten Stelle der gezogenen Einkristallstange bei, sondern beeinflusst auch in hohem Maße den Zustand der gezogenen Einkristallstange an der Fest-Flüssig-Grenzfläche. Wenn bei dem genannten Verfahren der Abstand zwischen der Kühleinrichtung und der Fest-Flüssig-Grenzfläche verringert wird, ändert sich der Zustand an der Fest-Flüssig-Grenzfläche in Richtung der Verfestigung, und der Durchmesser der zu ziehenden Stange nimmt zu. Wenn andererseits die Entfernung zwischen der Kühleinrichtung und der Fest-Flüssig-Grenzfläche vergrößert wird, ändert sich der Zustand in Richtung der Verflüssigung und der Durchmesser der zu ziehenden Stange verringert sich.
  • [Betrieb einer Einkristallstangenherstellungsvorrichtung]
  • In einem Modus der erfindungsgemäßen Einkristallstangenherstellungsvorrichtung kann der Abstand zwischen der Kühleinrichtung und der Schmelzenoberfläche verändert werden, indem überwacht wird, ob der Durchmesser der gezogenen Einkristallstange während des Bildens des hinteren Endes der gezogenen Einkristallstange in einem gewünschten Verhältnis verringert wird, so dass der Durchmesser der gezogenen Einkristallstange allmählich verringert wird.
  • Die diesbezügliche Steuerung erfolgt im allgemeinen durch eine sogenannte Rückkopplungssteuerung. Genauer gesagt wird die Größe des tatsächlichen Durchmessers gemessen, die Größe des angenommenen Durchmessers und der gemessene Wert werden verglichen, und falls sie verschieden sind, werden die Ziehbedingungen derart geändert, dass die Verarbeitung geführt (automatisch gesteuert) wird, um den gewünschten Durchmesser zu erhalten. Wenn daher der genannte Vorgang unter Verwendung eines Rückkopplungssystems bei der Bildung des hinteren Endes durchgeführt wird, kann ein hinteres Ende mit der gewünschten Länge und dem gewünschten Winkel gebildet werden.
  • Die angehobene Kühleinrichtung wird automatisch gesteuert, um wieder auf die vorbestimmte Position oder eine Position unterhalb der vorbestimmten abgesenkt zu werden, so dass die heiße Zone nach dem Beenden des Ziehens der gezogenen Einkristallstange gekühlt wird und die heiße Zone durch Absenken der Kühleinrichtung, die während der Bildung des hinteren Endes angehoben worden war, in den unteren Teil des Ofens zwangsgekühlt werden kann, wenn das Ziehen beendet ist.
  • [Begriffsdefinition]
  • Die Verfahren und Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung (Vorrichtungen und Verfahren gemäß (C1)–(C8)) sind auf das Czochralski-Verfahren im allgemeinen anwendbar, da keine Faktoren gegeben sind, welche durch die Art der zu ziehenden Einkristallstange beeinflusst werden, so dass die zu ziehende Einkristallstange nicht auf eine Siliziumeinkristallstange beschränkt ist.
  • In der vorliegenden Beschreibung bezeichnet "Temperaturgradient" den Grad der Temperaturänderung entlang der vertikalen Achse der aus dem Tiegel gezogenen Einkristallstange. Hierbei bedeutet "der Temperaturgradient ist hoch (oder groß)", dass die Temperaturänderung drastisch ist, während "der Temperaturgradient ist niedrig (oder klein)" bedeutet, dass die Temperaturänderung gering ist.
  • In der Beschreibung bezeichnet "heiße Zone" den Bereich, der von der Heizeinrichtung in dem Ofen der Einkristallherstellungsvorrichtung erwärmt wird (meist in dem unterhalb des Wärmeabschirmelements gelegenen Block).
  • 1 ist eine Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Einkristallstangenherstellungsvorrichtung.
  • 2 ist eine Längsschnittdarstellung des Betriebs der erfindungsgemäßen Einkristallstangenherstellungsvorrichtung.
  • 3 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung des Vorgangs zur Steuerung der erfindungsgemäßen Einkristallstangenherstellungsvorrichtung.
  • 4 ist eine Kurve zur Darstellung des Ergebnisses der Anwendung des Steuerverfahrens für eine erfindungsgemäße Einkristallstangenherstellungsvorrichtung.
  • 5 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung der Zwangskühlung der heißen Zone; und
  • 6 ist eine Längsschnittdarstellung einer herkömmlichen Einkristallstangenherstellungsvorrichtung.
  • [Bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Siliziumeinkristallstangenherstellungsvorrichtung]
  • 1 ist eine Längsschnittdarstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Siliziumeinkristallherstellungsvorrichtung. Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Siliziumeinkristallstangenherstellungsvorrichtung wird im folgenden unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
  • [Allgemeine Ausbildung]
  • Die erfindungsgemäße Siliziumeinkristallstangenherstellungsvorrichtung umfasst einen Tiegel 23 zum Herstellen und Aufnehmen der Silizium schmelze 22 und eine Heizeinrichtung 24 zum Erwärmen des Tiegels 23 in einer Kammer 21, bei der es sich um eine geschlossene Kammer handelt, so wie eine herkömmliche auf einem CZ-Verfahren basierende Siliziumeinkristallstangenherstellungsvorrichtung. Wie bei einer normalen auf einem CZ-Verfahren basierenden Siliziumeinkristallstangenherstellungsvorrichtung sind eine Elektrode zum Zuführen von Energie zu der Heizeinrichtung 24, ein Tiegelhalter zum Stützen des Tiegels 23, ein Sockel zum Drehen des Tiegels 23, eine Tiegelhebevorrichtung zum Anheben/Absenken des Tiegels, ein Wärmeisoliermaterial, eine Schmelzenaufnahme und ein innerer Zylinder an der Siliziumeinkristallstangenherstellungsvorrichtung angebracht, jedoch zur Vereinfachung der Zeichnungen nicht dargestellt. Bei dieser Vorrichtung sind ein Wärmeabschirmelement 28 zum Abschirmen der Siliziumstange 27 gegen die von der Siliziumschmelze 22 und der Heizeinrichtung 24 kommende Wärmestrahlung, und eine Kühleinrichtung 19 vorgesehen, welche in dem Wärmeabschirmelement 28 angeordnet ist.
  • Die erfindungsgemäße Siliziumeinkristallstangenherstellungsvorrichtung umfasst ferner eine Inaktiv-Gaszu- und -abführsystem, das bei dieser Art von auf einem CZ-Verfahren basierender Siliziumeinkristallstangenherstellungsvorrichtung üblicherweise vorgesehen ist, obwohl sie nicht dargestellt ist. Bei einem derartigen System hat das Wärmeabschirmelement 28 ferner die Funktion des Einstellens der Strömungswege des inaktiven Gases.
  • [Kühleinrichtung]
  • Die Siliziumeinkristallstangenherstellungsvorrichtung verwendet eine Kühleinrichtung 19, welche aus Rohren besteht, in welchen Kühlwasser fließt, wobei die Einrichtung derart installiert ist, dass sie durch die (nicht dargestellte) Kühleinrichtungshebevorrichtung, welche außerhalb der Kammer 21 angebracht ist (siehe Japanische Offenlegungsschrift Nr. 9-275097 ), frei anhebbar und absenkbar ist. Die mechanischen Einrichtung für das Einsetzen einer derartigen Hebevorrichtung sind beispielsweise Kugelumlaufspindeln und eine Stange, wobei diese jedoch nicht darauf beschränkt sind.
  • Kühlwasser strömt in der aus Rohren bestehenden Kühleinrichtung 19, und das Kühlwasser wird über ein (nicht dargestelltes) Zuführrohr zugeleitet. An einer Stelle, an der Zu-/Abführrohre, einschließlich des genannten Zuführrohres, in die Kammer 21 eintreten, ist ein Balgelement 29 angebracht, um die Luftdichtigkeit und die Flexibilität zu wahren. Während der Herstellung des Körpers wird die Kühleinrichtung 19 an der gleichen Stelle befestigt, um den Temperaturgradienten an einer vorbestimmten Stelle, die in wesentlichem Zusammenhang mit der Entstehung von Kristalldefekten steht, einzustellen.
  • [Bilden des hinteren Endes]
  • Im folgenden wird der Vorgang zur Bildung des hinteren Endes unter Verwendung der erfindungsgemäßen Siliziumeinkristallstangenherstellungsvorrichtung unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Zur Vereinfachung der Zeichnung sind Elemente, die nicht in direktem Zusammenhang mit der Beschreibung der vorliegenden Erfindung stehen, nicht dargestellt.
  • Wie zuvor erwähnt, ist die Kühleinrichtung 19 an einer Position (A in 2) angebracht, die einer vorbestimmten Stelle der gezogenen Einkristallstange während der Bildung des Körpers einen gewünschten Temperaturgradienten vermittelt. Beim Übergang zum Vorgang des Bildens des hinteren Endes wird die Kühleinrichtung in die Position B gezogen. Hierdurch vergrößert sich der Abstand zwischen der Kühleinrichtung 19 und der Schmelzenoberfläche, und infolgedessen verjüngt sich der Durchmesser der gezogenen Stange allmählich.
  • Beim Ziehen der Kühleinrichtung 19 in die Position B, sollte das Ziehen vorzugsweise allmählich, d. h. nicht auf einmal, erfolgen. Wenn der Abstand zwischen der Schmelzenoberfläche und der Kühleinrichtung 19 plötzlich vergrößert wird, verändert sich die Wärmehistorie des Körpers, und es entstehen Probleme wie die Erzeugung abnormaler Sauerstoffausfällungsbereiche an zwei Stellen.
  • Der vorbeschriebene Vorgang kann von einem die Vorrichtung bedienenden Bediener unter direkter Überwachung ausgeführt werden, jedoch erfolgt dies normalerweise unter automatischer Steuerung.
  • [Ablauf der Bildung des hinteren Endes]
  • 3 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung des Vorgangs der automatischen Rückkopplungssteuerung, welche in der vorliegenden Erfindung Verwendung finden kann. Im folgenden wird der Steuerungsablauf unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
  • Wenn die Bildung eines hinteren Endes beginnt (S41), wird der Kühleinrichtungshebemechanismus aktiviert und die Kühleinrichtung 19 wird um einen vorbestimmten Betrag angehoben (S42). Anschließend wird der Kristalldurchmesser der Stange mit einer gewünschten Größe (S43) verglichen. Wenn der gewünschte Kristalldurchmesser infolge dieses Vergleichs erreicht ist, wird die Kühleinrichtung 19 an dieser Position gehalten (S44). Wird der gewünschte Kristalldurchmesser jedoch nicht erreicht, wird festgestellt, ob der tatsächlich erkannte Kristalldurchmesser größer oder kleiner als der gewünschte Kristalldurchmesser ist (S45). Ist der tatsächliche Kristalldurchmesser größer als ein angestrebter Wert, kehrt der Ablauf nach S42 zurück, wo die Kühleinrichtung 19 weiter angehoben wird. Danach wird der selbe Ablauf wiederholt.
  • Wenn der tatsächlich erkannte Kristalldurchmesser kleiner als der angestrebte Wert ist, wird die Kühleinrichtung um einen erforderlichen Betrag abgesenkt (S46). Anschließend kehrt der Steuerungsablauf zu S43 zurück, wo der tatsächliche Kristalldurchmesser und der angestrebte Kristalldurchmesser verglichen werden.
  • Durch Wiederholen des vorbeschriebenen Steuerungsablaufs kann ein hinteres Ende der Kristallstange gebildet werden, welches den vorgesehenen Bedingungen entspricht. Bei dem genannten Ausführungsbeispiel wird die Kühleinrichtung 19 durch die Hebevorrichtung angehoben/abgesenkt, jedoch kann ein anderes Verfahren zum Vergrößern des Abstandes zwischen der Schmelzenoberfläche und der Kühleinrichtung 19 verwendet werden, d. h. es kann ein Heben/Absenken des Tiegels 23 oder eine Kombination aus einem Heben/Absenken der Kühleinrichtung 19 und einem Heben/Absenken des Tiegels verwendet werden. Hierbei wird der Tiegel 23 durch die nicht dargestellte Tiegelhebevorrichtung angehoben/abgesenkt, wobei der Tiegel 23 durch Betätigen der Tiegelhebevorrichtung frei anhebbar/absenkbar ist. Die nicht dargestellte Hebevorrichtung kann von einem Bediener betätigt werden oder mittels des vorbeschriebenen automatischen Rückkopplungssteuerverfahrens betrieben werden. Das Gleiche gilt, wenn das Heben/Absenken der Kühleinrichtung 19 und das Heben/Absenken des Tiegels 23 kombiniert sind.
  • [Ergebnisse]
  • 4 und die Tabelle C1 zeigen die Ergebnisse für das Wegbewegen der Kühleinrichtung 19 von der Fest-Flüssig-Grenzfläche zwischen der Einkristallstange und der Schmelze durch 1) Anheben der Kühleinrichtung 19 mittels der Kühlerhebevorrichtung, 2) Absenken des Tiegels 23 mittels der Tiegelhebevorrichtung, oder 3) Durchführen von 1) und 2). Tabelle C1
    Anzahl gezogener Stangen Anzahl von am hinteren Ende Versetzungen aufweisenden Stangen Anzahl verwendeter Graphittiegel
    Stand der Technik 20 12 2
    Erfindung 1) 20 3 1
    Erfindung 2) 20 0 1
    Erfindung 3) 20 1 1
  • Wie in 4 dargestellt, kann bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens der Energieverbrauch im Vergleich mit dem Stand der Technik drastisch verringert werden. Wie in der Tabelle C1 aufgezeigt, kann bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Zahl der Stangen, bei denen eine Versetzung im hinteren Ende auftritt, verringert werden, so dass sich das Einkristallisationsverhältnis verbessert. Zum gleichen Zeitpunkt kann, da ein Überhitzen aufgrund der Verringerung des Energieverbrauchs verhindert werden kann, die auf den Graphittiegel aufgebrachte Belastung verringert werden, weshalb die Anzahl der zu verwendenden Graphittiegel bei der gleichen Anzahl zu ziehender Stangen in wirtschaftlicher Weise verringert ist.
  • [Zwangskühlen der heißen Zone]
  • Im folgenden wird das Zwangskühlen der heißen Zone unter Verwendung der Kühleinrichtung 19 nach dem Ziehen der Einkristallstange beschrieben.
  • Wenn die Bildung eines hinteren Endes endet, ist der Einkristallstangeherstellungsvorgang abgeschlossen. Bei der vorliegenden Erfindung wird die angehobene Kühleinrichtung 19 nach dem Ende des Bildens des hinteren Endes wieder in Richtung des Tiegels 23 abgesenkt, wie in 5 (C in 5) dargestellt, um so die heiße Zone, einschließlich des Tiegels 23, zwangsweise zu kühlen. Hierdurch kann die Übergangszeit bis zum nächsten Herstellungsschritt verkürzt werden und der Gesamtherstellungszyklus kann verkürzt werden.
  • Da der Tiegel 23 die größte Wärme der im Ofen befindlichen Elemente in der heißen Zone aufweist, wird das Abkühlen des Tiegels vorzugsweise durch das Absenken der Kühleinrichtung 19 beschleunigt, indem die Kühleinrichtung 19 so nah an den Tiegel bewegt wird wie möglich. Wenn das Wärmeabschirmelement 28 das Absenken der Kühleinrichtung 19 zu diesem Zeitpunkt behindert, kann es derart aufgebaut sein, dass das Wärmeabschirmelement 28 zusammen mit der Kühleinrichtung abgesenkt werden kann, oder das Wärmeabschirmelement 28 kann zur Außenseite des Ofens hin bewegt werden, so dass die Kühleinrichtung 19 passieren kann.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Die Einkristallstangenherstellungsvorrichtung, das Steuerverfahren hierfür und das Verfahren zur Herstellung einer Einkristallstange gemäß der vorliegenden Erfindung können das Ziehen eines Einkristalls stabilisieren und den Energieverbrauch verringern, wenn das hintere Ende der Einkristallstange gebildet wird. Ferner kann die während des Bildens des hinteren Endes zuzuführende Energiemenge verringert werden, so dass die Belastung der im Ofen befindlichen Elemente, einschließlich des Tiegels, verringert und die Lebensdauer der Elemente verlängert werden kann. Ferner verringern die Einkristallstangenherstellungsvorrichtung und das zugehörige Steuerverfahren gemäß der Erfindung die Abkühlzeit der heißen Zonen nach der Herstellung der Einkristallstange, und der Einkristallstangenherstellungszyklus kann (für mehr Effizienz) verkürzt werden.

Claims (5)

  1. Verfahren zum Steuern einer auf einem Czochralski-Verfahren (im folgenden CZ-Verfahren genannt) basierenden Einkristallstangenherstellungsvorrichtung mit einer Kühleinrichtung (19) zum Kühlen einer vorbestimmten Stelle einer aus einer Schmelze (22) gezogenen Einkristallstange (im folgenden als gezogene Einkristallstange bezeichnet), dadurch gekennzeichnet, dass wenn ein hinteres Ende der gezogenen Einkristallstange gebildet wird, der Energieverbrauch der Einkristallstangenherstellungsvorrichtung verringert wird, indem die Kühleinrichtung von der Fest-Flüssig-Grenzfläche zwischen der Einkristallstange (27) und der Schmelze (22) weg bewegt wird.
  2. Verfahren zum Steuern einer auf einem Czochralski-Verfahren (im folgenden CZ-Verfahren genannt) basierenden Einkristallstangenherstellungsvorrichtung, bei dem eine Einkristallstange (27) aus einer Schmelze (22) in einem beheizten Tiegel (23) gezogen wird, wobei die auf einem Czochralski-Verfahren basierende Einkristallstangenherstellungsvorrichtung eine Kühleinrichtung (19) in einem Ofen aufweist, um eine vorbestimmte Stelle einer gezogenen Einkristallstange zu kühlen, dadurch gekennzeichnet, dass die Produktionszeit für eine Einkristallstange (27) verringert wird, indem die Kühleinrichtung (19) und der Tiegel (23), dessen Erwärmung beendet ist, nach dem Ziehen der Einkristallstange (27) aus der Schmelze (22) näher zueinander bewegt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkristallstange eine Einkristallstange ist, die einen perfekten Kristallbereich aufweist.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (19) in Richtung des Tiegels (23) abgesenkt wird, um den Tiegel (23) und im Ofen befindliche Teile in der Nahe des Tiegels (23) nach der Bildung des hinteren Endes der Einkristallstange (27) zu kühlen.
  5. Verfahren zur Herstellung einer Einkristallstange unter Verwendung einer auf einem Czochralski-Verfahren (im folgenden CZ-Verfahren genannt) basierenden Einkristallstangenherstellungsvorrichtung mit einer Kühleinrichtung (19) in einem Ofen, um eine vorbestimmte Stelle einer aus einer Schmelze (22) in einem erwärmten Tiegel (23) gezogenen Einkristallstange (27) (im folgenden als gezogene Einkristallstange bezeichnet) zu kühlen, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des Durchmessers der Einkristallstange (27) durch Ändern des Abstands der Kühleinrichtung (19) von der Fest-Flüssig-Grenzfläche zwischen der Einkristallstange (27) und der Schmelze (22) eingestellt wird.
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