JPH01317187A

JPH01317187A - 結晶を引き上げる方法

Info

Publication number: JPH01317187A
Application number: JP1048665A
Authority: JP
Inventors: Dieter Drechsel; ディーター・ドレクセル
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1988-03-03
Filing date: 1989-03-02
Publication date: 1989-12-21
Anticipated expiration: 2013-04-15
Also published as: FI87660C; IT1229561B; DE3904858C2; IT8823017A0; FI885595A0; IT8919640A0; DE3904858A1; FI87660B; JP2740239B2; FI885595A7

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、真空室内においてるつぼ支持ピンに配置され
ていて加熱体の熱線によって加熱可能なるつぼと、溶融
体の上に設けられていて溶融体表面から結晶を上方に向
かって引き上げる引上げ部材と、るつぼの上で終わる充
填ホッパを有していて引上げ動作中に後装入装置から装
入材料をるつぼ内に後充填する供給管とを備えた装置を
用いて、減圧された保護ガス下又は真空下で、るつぼ内
の溶融体から結晶を引き上げる方法並びにこの方法を実
施する装置に関する従来の技術結晶を引き上げる公知の装置では通常、溶融るつぼは、
溶融るつぼを取り囲む容器を排気する前に必要量の溶融
材料例えばシリコン顆粒を、必要なドーピング材料（例
えば硼素、アンチモン又は燐）に加えて充填される。ロ
ッド引上げ動作中にシリコン顆粒を後装入することは既
に提案されており（ＤＥ−０５２８２１４８１）、この
場合、外部から排気鐘壁及び装置の外側部分を通してシ
リコン溶融体に浸漬する加熱された石英ガラス管を通し
て、顆粒が後充填されるようになっている。

さらに、容器の外側にシリコン顆粒のための供給装置を
配置することも公知であり（ＥＰＯ１７０８５６）、こ
の場合供給装置の流出管は、部分的に顆粒を満たされた
円筒形のタンクと接続されていて、このタンクの中には
モータ駆動されて回転する調量円板が配置されている。

この調量円板は凹部を有しており、この凹部は該円板が
タンクの片側に蓄積された顆粒量を装入する際に顆粒で
満たされるようになっている。次いでこの円板は受容さ
れた顆粒を流出管の一端の前に運び、これによって顆粒
は流出管を介して溶融るつぼの中にまで滑入することが
できる。円筒形のタンクはまた、ロックゲート弁が接続
されている接続管片を介して、顆粒が貯えられている第
２のタンクと接続されている。

この場合子によって操作可能なピストンが顆粒を弁の開
放時に接続管片に、ひいては調量円板を備えたタンクに
運ぶ。

結局、真空容器内における結晶を引き上げる際に溶融る
つぼに溶融材料を連続的に供給するための従来の装置、
つまり閉鎖可能なタンクと、ロックゲート弁と、溶融る
つぼに開口していて一方のタンクに接続された流出管と
を備えた装置（Ｐ３７３７０５１．Ｏ）によれは、第１
のタンクに、タンク形状に相当する内側のライニングと
、ホッパ状の区分と、該区分に接続した円筒形の流出部
とが設けられており、この場合流出部はロックゲート弁
を介して、顆粒搬送機が設けられた第２のタンクの接続
管片内に移動可能であり、顆粒搬送機自体は、真空容器
の壁を貫通した流出管を介して溶融るつぼの上方範囲に
開口している。

このような装置ではるつぼ挿入体の浴面の範囲において
るつぼ縁に、短時間の運転後にすぐに特に強い摩耗の生
しることが判明した。るつぼ材料はこの箇所において溶
融体によって特に強い作用を受け、この結果るつぼ挿入
体の内面には環状間隙ないし環状の溝が形成され、これ
よって装置のこの高価な部分の耐用寿命が著しく短縮さ
れてしまう。

発明の課題ゆえに本発明の課題は、るつぼ挿入体の内壁におけるこ
のような摩耗現象を減じて、るつぼ挿入体の耐用寿命を
著しく延ばすのに適した方法並びに装置を提供すること
である。

課題を解決するための手段この課題を解決するために本発明の方法では、るつぼ内
にその都度存在する溶融体量に関連して、目標値を下回
るレベルにまで溶融体表面が降下した場合に、目標値を
上回る充填状態にまで溶融体材料を後装入して、溶融体
表面を結晶引上げ動作中に目標レベルを中心にして均一
に上下させるようにした。

また、別の有利な方法では、溶融体表面とるつぼ縁との
間隔を検査する装置の測定値を利用して、溶融浴のため
に設けられたるつぼを制御の枠内で昇降運動させ、一方
では溶融体表面を目標位置又は目標位置の近くに移動さ
せ、かつ他方では、溶融体表面とるつぼ縁との間隔を常
に等しい間隔に保つようにした。

この方法を実施するのに有利な本発明による装置では、
溶融体表面とるつぼ縁との間の間隔を検査する装置を保
持するための管片が、容器の上方部分に配置されており
、この場合後装入装置の、下方のタンクに配置された顆
粒搬送機が、検査装置によって生ぜしめられたパルス又
は信号に関連して作動するようになっている。

また本発明による装置の有利な構成では、溶融体のレベ
ルを監視する装置からの信号が電気式の切換え回路によ
って切換えプログラムの考慮下で電気パルスに処理され
、振動装置の入力・遮断又は制御のために後装入装置に
送られるようにしｊ二。

本発明のさらに別の有利な構成では、溶融体表面とるつ
は縁との間の間の間隔を検査する装置が、レーザ光源の
ような発信機と、レーザ受光機のような受信機とから成
っており、この場合該発信機及び受信機によって生ぜし
められた値が、さらに処理するために信号導線を介して
電気式の切換えか又はプログラム制御装置に送られるよ
うになっており、該プログラム制御装置が別の信号導線
を介して後装入装置の振動装置又は搬送機と接続されて
いる本発明による装置のさらに別の有利な構成では、るつぼ
軸が装置の下方部分に長手方向摺動可能に保持されてい
て、電気機械式又は電気油圧式に駆動される昇降装置を
介して、溶融体表面とるつぼ縁との間隔を検査する装置
の信号に関連して、るつぼ支持ピンと支持るつぼとるつ
ぼ挿入体と共に、鉛直方向で昇降運動可能であり、これ
によって結晶引上げ動作中に溶融体表面と、位置固定の
端面加熱体ないし容器の蓋部分との間の間隔は一定に保
たれるが、溶融体表面がるつぼ縁に対して昇降するよう
になっていス実施例次に図面につき本発明の詳細な説明する。

第１図に示された装置は、装置フレームの二重壁の容器
底板３に装着されていて真空室５２を形成している同様
に二重壁の容器４と、この容器４に配置されていて容器
底板２に支承された支持管５と、この支持管を取り囲む
断熱体６と、支持管５によって保持されたリング状の槽
７と、この槽内に支承されたグラファイトフェルトプレ
ート８と、槽７の上に保持された底加熱体１０への給電
のために働き容器底板３に保持された２つの給電体９と
、容器底板３に保持された別の２つの給電体１１と、再
給電体にそれぞれねじ締結された緊定ジョー１２と、こ
の緊定ジョー１２に支持された端面加熱体又は円筒部加
熱体１３と、溶融るつぼ１４と、槽７に支持されていて
側部に断熱体１６を備えた熱線防止管１５と、この熱線
防止管によって支持されたカバープレート１７と、この
カバープレートの上方端面に設けられた断熱体１８と、
同じくカバープレート１７に設けられていて保護ガラス
２１を備えた貫通孔１９と、切欠き２２を有する貫通孔
２０と、装人材料のための供給管２３と、カバープレー
ト１７．１７ａを貫通した充填ホッパー２４と、るつぼ
支持ピン２６を保持するために働く回転可能でかつ昇降
可能なるつぼ軸２５とから構成されている。

再給電体９によって保持された底加熱体ｌＯは、互いに
向かい合って配置された２つの加熱体足部３１と、両顎
熱体足部と結合されていてそれぞれ曲がりくねった形の
２つの加熱蛇管３３（図面にはそのうちの１つだけが示
されている）とから成っている。加熱蛇管３３は一緒に
なって底加熱体ＩＯの中央に開口３５を形成しており、
この開口を貫いてるつぼ支持ピン２６が延びている。こ
の支持ピンはその上端部で支持るつぼ１４と堅く結合さ
れており、同支持ピン２６を介してるつぼ挿入体２８は
支持るつぼ１４と共に昇降運動並びに回転運動させられ
る。端面加熱体１３は、半径方向に延びたスリント３６
を備えた円形リング状の扁平な部分３８と、中空円筒形
の側部分３９とから成っている。この中空円筒形の部分
３９は互いに向かい合った２つの部分に、下方に向かっ
て延びた加熱体足部４０を有しており、両顎熱体足部は
それぞれ、給電体１１によって保持された両累定ジョー
１２に設けられた切欠き４１に係合している。緊定ジョ
ー１２の両切欠き４１における端面加熱体１３の確実な
電流伝達を保証するために、台形の切欠き４１には付加
的なくさび４２が押し込まれている。

熱線防止管１５は方形の４つの切欠き４３゜４３ａ、、
、、を有しており、これらの切欠きは熱線防止管１５の
全周に均一に分配されて該熱線防止管の縁部に配置され
ている。これらの切欠き４３，４３ａ、、、、を貫いて
一方では緊定ジョー１２がかつ他方では底加熱体１０の
加熱体足部３１が延びている。さらに熱線防止管１５は
斜めに延びた孔４５を有しており、この孔は、カバープ
レート１７．１７ａの保護ガラス２１並びに、容器４の
壁に固定された管片４７の保護ガラス４６と整合してい
る。熱線防止管の側壁に設けられた別の開口９８は、容
器４の内室の上方区分から下方区分への妨げられないガ
ス貫流を許す。容器４はさらにその蓋部分４ａの範囲に
カラー４８を有しており、このカラーは引上げ部材４９
の貫通を許す。さらにまた容器４の蓋部分４ａには、覗
きガラス５１を備えた第２の管片５０と覗きガラス６４
を備えた第３の管片６３が設けられている。

第２の給電体９には、蛇行した形のスリットを備えた底
加熱体ｌＯがグラファイトナツト２７を介してねじ締結
されている。底加熱体ＩＯは、るつぼ１４．２８ないし
溶融体を下側端面から加熱するという課題を担っている
。付加的な２つの給電体１１には、鉢形加熱体として構
成された第２の加熱体１３が緊定ジョー１２を介して固
定されている。上側端面の加熱は、連続的に供給される
装人材料の溶融を改善する。

端面加熱体１３は、シリコン溶融体の場合にはＳｉＣで
被覆されていてもよい。このようになっていると、グラ
ファイト粒子が溶融体に落下して炭素・不純物が生じる
ことを回避することができる。またＳｉＯとグラファイ
トとの反応（２Ｃ＋　ＳｉＯ→　ＳｉＣ十　Ｃ○）を回
避することかできる。破線で示されたアルゴン・ガス流
は、カラー４８を介して中央の開口５３を通り、溶融体
を越えてつまりるつぼ１４を迂回して、開口９８を貫い
て下方に向かって案内され、管片６０を介して引き出さ
れる。

加熱装置の中央にはグラファイトるつぼ１４が位置して
おり、このグラファイトるつぼには、溶融体と反応しな
い材料から形成されたるつぼ２８が挿入されている。引
上げ動作中の装入時における浴の鎮静を保証するために
、同様に溶融体と反応しない材料から成る付加的なリン
グ２９がるつぼ２９に挿入されている。リング２９には
下端部に複数の切欠き３０が設けられており、これらの
切欠きを通して、溶融された装入材料はるつぼ挿入体２
８の中心に流入することができる。面加熱体１０．１３
の周囲には断熱体８，１６．１８が設けられており、こ
の断熱体は、槽７に支承されたグラファイトフェルトプ
レート８と、シリンダとして構成されていて熱線防止管
１５に差し嵌められた側部の断熱体１６と、上方端面側
の円形リング状の断熱体１８とから成っている。上方の
カバープレー）１７．１７ａは、断熱体１８と一緒に容
器４の円筒形の内面に支持されている。

容器４の蓋部分４ａには、引上げ部材４９を通すための
カラー４８のそばに案内管３２が固定されており、この
案内管にはロッド３４が長手方向摺動可能に支承されて
いて、ロッドの上端部はねじスピンドル３７として構成
されている。ねじスピンドルは、モータ・伝動装置ユニ
ット５４によって駆動される駆動軸５７と係合している
。ロッド３４のるつぼ側端部（下端部）にはチャック５
８が設けられており、このチャックには、高度にドーピ
ングされた材料から成る細いロッド５６が、貫通孔２０
の切欠き２２及びスリット３６と整合するように緊定さ
れている。

溶融体の組成を一定に保つために、高度にドーピングさ
れた細いロッド５６はモータ・伝動装置ユニット５４を
用いて鉛直方向で下に向かって溶融体内に進入可能でか
つ上に向かって溶融体から進出可能である。溶融体の浴
へのロッド５６の浸漬時にロッド５６の浸漬した端部が
溶融し、これによって溶融体の組成が調整されて一定に
保たれる。

るつぼ挿入体２８における溶融体の充填状態は、発信機
６５（レーザ光源）から成る装置によって監視される。

この場合発信機は覗きガラス６４を備えた管片６３に装
着されていて、その測定ビームは溶融体表面５５に向け
られている。測定ビーム（例えばレーザビーム）の反射
は次いで、管片６６に装着されたパルス受信機６８（レ
ーザ受光機）によって受は取られ、電気式の切換え回路
又はプログラム制御装置７４において評価される。装置
はいまや、瞬間的な溶融状態に相当する信号を生せしめ
、この信号を下方のタンク７６における顆粒搬送機又は
振動装置に送ることができる。

溶融体表面５５の範囲における溶融体が、比較的短い稼
働時間内に溶融体表面の範囲において石英製のるつぼ挿
入体２８に強く作用して、このるつぼ挿入体が使用不能
になることを回避するために、溶融材料の後装入は供給
管２３と充填ホッパ２４とを介して後装入装置７２かも
行われ、この場合溶融体表面５５はまず初め目標レベル
の下値かな値にまで降下させられ、次いで目標レベルの
上値かな値にまで充填される。つまり溶融体材料は、る
つぼ挿入体２８における溶融体量が規定の時間で交互に
目標レベルの幾分上かまたは幾分下に保たれるように後
装入される。この効果を得るために、後装入装置７２は
装置６３〜６８からの信号に関連して、電気式の切換え
回路７４によって処理されるプログラムを介して電気的
に制御される。後装入装置自体は顆粒状の装入材料を収
容する上方のタンク７５と、振動装置又は搬送機を備え
ていて装入材料を供給管２３に導入する下方のタンク７
６と、両方のタンク７５．７６を互いに結合する管片に
接続されていて所属の操作装置７６を備えたロックゲー
ト弁７１とから構成されている。（このような型式の後
装入装置は先行の特許出願Ｐ３７３７０５１．０に詳し
く記載されている）。

第２図に示された実施例ではるつぼ軸２５は鉛直方向に
シフト可能であり、このためにつば８６を有している。

るつぼ軸２５はこのつばで、押圧部材８８のころ軸受８
７に支持されており、この場合押圧部材は孔８９内にお
いて矢印Ａの方向で運動可能に案内されている。押圧部
材８８自体は油圧シリンダ８３のピストン９０に支持さ
れており、油圧シリンダ８３は圧力導管９１．９２を介
して、多ポート切換え制御弁として構成された電磁弁８
２及び油圧ポンプ８１と接続されている。電磁弁８２は
信号導線８５を介して制御可能であり、これによってピ
ストン９０はるつぼ軸２５をるつぼ支持ピン２６と支持
るつぼ１４とるつぼ挿入体２８と共に、油圧ポンプ８１
によって圧送された圧力媒体が圧力導管９１を介して油
圧シリンダ８３内に供給されるか、又は戻し導管９３を
介して圧力媒体貯えタンク８４に排出されるかに応じて
、上昇又は下降させられる。溶融体表面５５が下降し始
めるやいなや、るつぼ１４．２８は油圧シリンダ８３に
おける圧力上昇によって持ち上げられ、この動作は溶融
体表面が再びその目標レベルに達するまで続く。従って
、後装入が行われる場合には、るつぼ１４．２８は下降
されねばならない。このようにしてるつぼを常にかつ均
一に上昇・下降運動させることができ、この結果るつぼ
挿入体２８の早期の摩耗を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明による装置の２つの実施例を示すものであ
って、第１図は本発明による装置の第１実施例を示す図
、第２図は本発明による装置の第２実施例を示す図であ
る。３・・・容器底板、４，４ａ・・・容器、５・・・支持
管、６，１６．１８・・・断熱体、７・・・槽、８・・
・グラ７アイトフエルトプレート、９．１１・・・給電
体、ＩＯ・・・底加熱体、１２・・・緊定ジョー、１３
・・・端面加熱体、１４・・・支持るつぼ、■５・・・
熱線防止管、１７．１７ａ−カバープレート、１９゜２
０・・・貫通孔、２１・・・保護ガラス、２２・・・切
欠き、２３・・・供給管、２４・・・充填ホッパ、２５
・・・るつぼ軸、２６・・・るつぼ支持ピン、２７・・
・グラファイトナツト、２８・・・るつぼ挿入体、２９
・・・リング、３０・・・切欠き、３１・・・加熱体足
部、３２・・・案内管、３３・・・加熱蛇管、３４・・
・ロッド、３５・・・開口、３６・・・スリット、３７
・・・ねじスピンドル、３８・・・加熱素子、３９・・
・側部分、４０・・・加熱体足部、４１・・・切欠き、
４２・・・くさび、４３．４３ａ・・・切欠き、４５・
・・孔、４６．５１．６４．６７・・・覗きガラス、４
７，５０，６０．６３．６６・・・管片、４８・・・カ
ラー、４９・・・引上げ部材、５２・・・真空室、５３
・・・開口、５４・・・モータ・伝動装置ユニット、５
５・・・溶融体表面、５６・・・ロッド、５７・・・駆
動軸、５８・・・チャンク、５９・・・加熱体、６１・
・・結晶、６２・・・供給装置、６５・・・発信機、６
８・・・受信機、７ｏ・・・操作装置、７１・・・ロッ
クゲート弁、７２・・・後装入装置、７３・・・るつぼ
縁、７４・・・切換え回路、７５．７６・・・タンク、
７７〜７９・・・信号導線、８０・・・下部フレーム、
８１・・・油圧ポンプ、８２・・・電磁弁、８３・・・
油圧シリンダ、８４・・・圧力媒体貯えタンク、８５・
・・信号導線、８６・・・つば、８７・・・ころ軸受、
８８・・・押圧部材、８９・・・孔、９０・・・ピスト
ン、９１．９２・・・圧力導管、９３・・・戻し導管、
９８・・・開口手続補正書（方式）平成１　年６　月２２日

Claims

【特許請求の範囲】１、真空室（５２）内においてるつぼ支持ピン（２６）
に配置されていて加熱体（１０、５９）の熱線によって
加熱可能なるつぼ（１４、２８）と、溶融体の上に設け
られていて溶融体表面（５５）から結晶（６１）を上方
に向かって引き上げる引上げ部材（４９）と、るつぼ（
１４、２８）の上で終わる充填ホッパ（２４）を有して
いて引上げ動作中に後装入装置（７２）から装入材料を
るつぼ（１４、２８）内に後充填する供給管（２３）と
を備えた装置を用いて、減圧された保護ガス下又は真空
下で、るつぼ（１４、２８）内の溶融体から結晶（６１
）を引き上げる方法であって、るつぼ（１４、２８）内
にその都度存在する溶融体量に関連して、目標値を下回
るレベルにまで溶融体表面（５５）が降下した場合に、
目標値を上回る充填状態にまで溶融体材料を後装入して
、溶融体表面（５５）を結晶引上げ動作中に目標レベル
を中心にして均一に上下させることを特徴とする、結晶
を引き上げる方法。２、溶融体表面（５５）とるつぼ縁（７３）との間隔を
検査する装置（６３〜６８、７４、７７、７８）の測定
値を利用して、溶融浴のために設けられたるつぼ（１４
、２８）を制御の枠内で昇降運動させ、一方では溶融体
表面を目標位置又は目標位置の近くに移動させ、かつ他
方では、溶融体表面とるつぼ縁との間隔を常に等しい間
隔に保つ、請求項１記載の方法。３、請求項１記載の方法を実施する装置であって、溶融
体表面（５５）とるつぼ縁（７３）との間の間隔を検査
する装置（６５〜６８）を保持するための管片（６３、
６６）が、容器（４）の上方部分（４ａ）に配置されて
おり、この場合後装入装置（７２）の、下方のタンク（
７６）に配置された顆粒搬送機が、検査装置（６５〜６
８）によって生ぜしめられたパルス又は信号に関連して
作動するようになっていることを特徴とする、結晶を引
き上げる装置。４、溶融体のレベルを監視する装置（６５〜６８）から
の信号が電気式の切換え回路（７４）によって切換えプ
ログラムの考慮下で電気パルスに処理され、振動装置の
入力・遮断又は制御のために後装入装置（７２）に送ら
れる、請求項３記載の装置。５、溶融体表面（５５）とるつぼ縁（７３）との間の間
の間隔を検査する装置（６３〜６８）が、レーザ光源の
ような発信機（６５）と、レーザ受光機のような受信機
（６８）とから成っており、この場合該発信機及び受信
機によって生ぜしめられた値が、さらに処理するために
信号導線（７７、７８）を介して電気式の切換えか又は
プログラム制御装置（７４）に送られるようになってお
り、該プログラム制御装置が別の信号導線（７９）を介
して後装入装置（７２）の振動装置又は搬送機と接続さ
れている、請求項３又は４記載の装置。６、るつぼ軸（２５）が装置の下方部分（３、８０）に
長手方向摺動可能に保持されていて、電気機械式又は電
気油圧式に駆動される昇降装置（８１〜８４）を介して
、溶融体表面（５５）とるつぼ縁（７３）との間隔を検
査する装置（６３〜６８、７４、７７、７８）の信号に
関連して、るつぼ支持ピン（２６）と支持るつぼ（１４
）とるつぼ挿入体（２８）と共に、鉛直方向（Ａ）で昇
降運動可能であり、これによって結晶引上げ動作中に溶
融体表面（５５）と、位置固定の端面加熱体（１３）な
いし容器（４）の蓋部分（４ａ）との間の間隔（Ｂ）は
一定に保たれるが、溶融体表面（５５）がるつぼ縁（７
３）に対して昇降するようになっている、請求項３から
５までのいずれか１項記載の装置。