DE2506146A1

DE2506146A1 - Universalmaschine zum herstellen von einkristallen

Info

Publication number: DE2506146A1
Application number: DE19752506146
Authority: DE
Inventors: Georges Defosse
Original assignee: Elphiac SA
Current assignee: Elphiac SA
Priority date: 1974-02-15
Filing date: 1975-02-14
Publication date: 1975-10-09
Also published as: FR2261054A1; FR2261054B1; US3994690A; BE811057A

Description

Chaussee de Charleroi, 54

Brüssel / Belgien Unser Zeichen; E 827

Universalmaschine zum Herstellen von Einkristallen

Die herkömmlichen Verfahren, die für die Herstellung von Halbleiter-Einkristallen und anderen verwendet werden, nämlich das Zonenschmelzverfahren, das Czochralsky-Verfahren, das Podest—Verfahren und das Bridgman-Verfahren, erfordern hauptsächlich eine Induktions- oder Widerstandsheizvorrichtung, die in einem an ein Vakuumsystem angeschlossenen Gehäuse untergebracht ist, und Einrichtungen zum Abstützen, Ziehen und Drehen des in der Herstellung befindlichen Kristallmaterials.

Die bislang für diesen Zweck gebauten industriellen Maschinen

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sind in Abhängigkeit von dem benutzten Verfahren aufgebaut und unterscheiden sich durch die Anordnung des Gehäuses gemäss der verwendeten Heizvorrichtung und durch die Anzahl, die Kenndaten, die Abmessungen und den Anbringungsort der Einrichtungen zum Abstützen, Ziehen und Drehen des Kristallmaterials.

Die Maschine nach der Erfindung kann dank der leichten Ersetzbarkeit einer Heizvorrichtung durch eine andere in einem Gehäuse, welches für alle Verfahren dasselbe bleibt, sofern die Mengen der verarbeiteten Kristallmaterialien vergleichbar sind,, und dank einer Modulbauweise der Einrichtungen zum Abstützen, Ziehen und Drehen, bei einer zusätzlichen Investition, die auf eine kleine Anzahl von Ersatzmodulbausteinen beschränkt ist, mit einem Minimum an Zeit, ohne große Handhabungseinrichtungen, ohne langwierige Regulierungen und ohne Spezialwerkzeuge an ein beliebiges herkömmliches Verfahren angepasst werden.

Die Maschine nach der Erfindung, die ein Gestell, ein Heizgehäuse, eine in diesem Heizgehäuse angeordnete und mit einem geeigneten elektrischen Generator verbundene Heizvorrichtung, ein mit dem Gehäuse verbundenes Vakuumsystem, Einrichtungen zum eventuellen Einleiten von Gas in dieses Gehäuse und Einrichtungen zum Abstützen, Ziehen und Drehen des in der Herstellung befindlichen Kristall— materials aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Heizgehäuse einen zylindrischen Körper, der in einer für die visuelle Beobachtung der Herstellungszone geeigneten Höhe an dem Gestell befestigt und mit zwei seitlichen Flanschen versehen ist, die zum Anschliessen des Vakuum— systems oder zum eventuellen Anschliessen eines Hochfrequenzgenerators dienen können, und zwei an dem zylindrischen

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Körper lösbar befestigte Kappen aufweist, wobei die untere Kappe Einrichtungen zum eventuellen Abstützen von Heizelementen und von weiteren internen Bestandteilen hat, dass die Einrichtungen zum Abstützen, Ziehen und Drehen, die je nach dem benutzten Verfahren insgesamt oder teilweise verschieden sind, aus Modulbausteinen bestehen, die mit gleichen Einrichtungen für ihre gegenseitige Verbindung und für ihre Verbindung mit den Kappen des Gehäuses versehen sind, so dass der(die) für ein bestimmter Verfahren geeignete(n) Modulbaustein(e) auf der oberen Kappe und unter der unteren Kappe angebracht werden kann(können), dass zumindest einer der oberen Modulbausteine mit Einrichtungen für seine Verbindung mit einem ersten Schlitten versehen ist, der auf Führungsschienen des Gestells verschiebbar ist, dass zumindest einer der unteren Modulbausteine mit Einrichtungen für seine Verbindung mit einem zweiten Schlitten versehen ist, der auf denselben Führungsschienen verschiebbar ist, und dass jeder Schlitten Einrichtungen zum Befestigen an einer Mutter, welche durch eine sdch längs der Führungsschienen des Gestells .erstreckende Schraubenspindel bewegt wird, und Einrichtungen zum genauen Positionieren und Feststellen an vorbestimmten Stellen der Führungsschienen besitzt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht der Maschine,

so wie sie sich darstellt, wenn sie für das Arbeiten nach dem Zonenschmelz verfahren hergerichtet ist, und

Fig. 2 eine Vorderansicht der in Fig. 1

dargestellten Maschine.

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Fig. 1 enthält einen teilweisen Vertikalschnitt, um die Anordnung eines in der Bearbeitung befindlichen Kristallmaterialstabes im Innern der Maschine zu zeigen.

Ein Gestell 1 trägt ein Heizgehäuse, welches aus einem zylindrischen Körper 2, einer oberen Kappe 3 und einer unteren Kappe 4 besteht. Das Heizgehäuse ist nach oben durch ein oberes Zwischenrohr 5 und nach unten durch ein unteres Zwischenrohr 6 verlängert. Oberhalb des oberen Zwischenrohrs 5 ist eine obere Vorrichtung 7 und unterhalb des unteren Zwischenrohrs 6 ist eine untere Vorrichtung 8 zum Ziehen und zum Drehen des Materials befestigt.

Wie Fig. 1 zeigt, sind das obere Zwischenrohr 5 und die obere Vorrichtung 7 ausserdem mit Schraubbefestigungslaschen versehen, die sie seitlich mit einem oberen Schlitten 9 fest verbinden, ebenso sind das untere Zwischenrohr 6 und die untere Vorrichtung 8 mit Befestigungslaschen versehen, die sie seitlich mit einem unteren Schlitten verbinden. Die Schlitten 9 und 10 sind auf vertikalen Führungsschienen 11 des Gestells 1 mittels einer lösbaren Mutter 12 verschiebbar, die je nach Bedarf an dem einen oder dem anderen Schlitten befestigt sein kann, was weiter unten noch näher erläutert ist, und die durch eine sich längs der Führungsschienen des Gestells erstreckende und durch einen Motor 14 angetriebene Schraubenspindel 13 bewegt wird. In der gezeigten Arbeitsstellung sind die beiden Schlitten 9, 10 auf den Führungsschienen 11 mittels Handhebeln 15 festgestellt. Der zylindrische Körper. 2 des Heizgehäuses ist mit zwei gleichen kreisförmigen seitlichen Flanschen 16 und 17 versehen. Der Flansch 16 wird für den Anschluss des Vakuumsystems, welches bei 18 in Fig. 2 mit strichpunktierten Linien angedeutet ist, und der Flansch 17 wird für den Anschluss eines Hochfrequenzgenerators verwendet, welcher bei 19 in derselben Figur

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mit strichpunktierten Linien angedeutet ist. Da die Flansche 16 und 17 gleich sind, können die Aufstellungsorte des Vakuumsystems und des Hochfrequenzgenerators in der für die Gesamtanlage zweckdienlichsten Weise vertauscht werden.

Damit die Zone der Induktionsspule (letztere ist nicht dargestellt), die sich in Fig. 1 an der Stelle 20 befindet, seitlich beobachtet werden kann, ist auf der Seite der Vakuumpumpe ein spezielles Beobachtungssystem vorgesehen, welches an der Stelle 21 in Fig. 2 mit strichpunktierten Linien dargestellt ist. Das Innere des zylindrischen Körpers 2 ist durch eine Tür 22 zugänglich, die sich auf der Vorderseite befindet, an Scharnieren 23 drehbar gelagert ist, durch Klemmvorrichtungen 24 geschlossen und mit einem frontal auf die Induktionsspule gerichteten Fenster 25 versehen ist.

Die Abmessungen dieser Tür ermöglichen einen leichten Zugang zu den inneren Teilen und ein leichtes Entnehmen von langen Stäben.

Die obere Kappe 3 ist an dem zylindrischen Körper 2 durch lösbare Klemmvorrichtungen 26 befestigt und hat Buchsen 27, die bei dem einen oder dem anderen Verfahren zum Anbringen von Beobachtungsfenstern oder von Mess-, Kontroll- oder Regeleinrichtungen dienen können.

Die untere Kappe 4 ist an dem zylindrischen Körper 2 durch lösbare Klemmvorrichtungen 28 befestigt und ist so aufgebaut, dass sie Heizelemente und weitere feste interne Bestandteile in dem Fall abstützen kann, in welchem die Maschine so umgebaut wird, dass sie nach dem Czochralsky- oder Bridgman-Verfahren arbeitet. Die untere Kappe 4 hat

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ausserdem zwei Flansche 29, die für die Befestigung der Durchführungen der Netzfrequenzstromzuleitung für die Speisung der Heizelemente in diesem möglichen. Fall vorgesehen sind.

Die Zwischenrohre 5 und 6 haben ebenso wie das Heizgehäuse Zugangstüren 30 und 31, die eine leichte Innenreinigung und das leichte Montieren der Stäbe oder der Keime gestatten.

Sie haben ausserdem Durchlässe mit genormten Flanschen, damit gegebenenfalls Gas in das Gehäuse eingeleitet werden kann, wenn das für das Herstellungsverfahren erforderlich ist (in der Zeichnung sind die Gaszufuhreinrichtungen ebensowenig dargestellt wie die Wassereinlass- und Wasserauslassanschlüsse für die Kühlung des Gehäuses und der Zwischenrohre, welche zu diesem Zweck doppelwandig ausgeführt sind).

Die Vorrichtungen 7 und 8, durch deren Endspindeln der Kristallstab abgestützt ist ( wjie in Fig. 1 dargestellt), sind mechanisch und elektrisch hochgenaue Vorrichtungen, welche das Material stoss- und schwingungsfrei mit in sehr grossen Bereichen geregelten Geschwindigkeiten drehen und ziehen. Fig. 1 zeigt weiter eine Welle 32, die zum Synchronisieren der Geschwindigkeiten der beiden Vorrichtungen 7, 8 dient.

Wie eingangs dargelegt, können die Anzahl, die Kenndaten und der Anbringungsort der Einrichtungen zum Abstützen, Ziehen und Drehen, welche hier aus den Zwischenrohren 5 und 6 und den Vorrichtungen 7 und 8 für das Arbeiten nach dem Zonehschmelzverfahren bestehen, insgesamt oder teilweise verschieden sein, wenn man ein anderes Verfahren benutzen möchte.

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So sind für die Herstellung von Einkristallen mit vergleichbaren Abmessungen durch das Czochralsky-Verfahren das obere Zwischenrohr und die obere Vorrichtung dieselben wie bei dem Zonenschmelzverfahren, es ist aber kein unteres Zwischenrohr vorhanden und die untere Vorrichtung ist verschieden. Andererseits ist für das Bridgman-Verfahren keine obere Vorrichtung vorhanden und die untere Vorrichtung ist dieselbe wie bei dem Zonenschmelzverfahren.

Das hat dazu geführt, dass die Zwischenrohre 5 und 6 und die Vorrichtungen 7 und 8 in Form von Modulbausteinen aufgebaut worden sind, die leicht mit.einander.und mit den Kappen 3 und 4 verbunden und leicht entfernt und gegebenenfalls durch Ersatzbausteine mit unterschiedlichen Abmessungen und Kenndaten ersetzt werden können. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, dass die Endanschlussverbindungen dieser Bausteine gleich sind, und, wie es die beiden Ansichten der in der Zeichnung dargestellten Maschine zeigen, endigen im vorliegenden Fall die Zwischenrohre 5 und 6 in gleichen kreisförmigen Flanschen, in welche Schraubendurchführungslöcher gebohrt sind, während die Kappen 3 und 4 und die Vorrichtungen 7 und 8 Gewindelöcher zum Aufnehmen der betreffenden Schrauben haben. Ausserdem sind, wie oben bereits erwähnt, die Modulbausteine 5 und 7 einerseits sowie 6 und 8 andererseits mit Schraubbefestigungslaschen versehen, mittels welchen sie seitlich an den Schlitten 9 bzw. 10 befestigt werden können, welche ihrerseits mit Einrichtungen zum genauen Positionieren an vorbestimmten Stellen auf den Führungsschienen 11 des Gestells 1 versehen sind.

Durch zweckmässige Verwendung folgender Merkmale:

a j Gestaltung der Einrichtungen zum Abstützen, Ziehen und Drehen in Form von Modulbausteinen (im vorliegenden Fall Zwischenrohre 5 und 6 und Vorrichtungen 7 und 8 für das zonenschmelzverfahren oder Ersatzbausteine für die anderen Verfahren), welche vertikal

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mit einander und mit den Kappen 3 und 4 des Heizgehäuses durch gleiche Schraubverbindungen verbunden werden,

b) Herstellung einer seitlichen lösbaren festen Verbindung der oberen Modulbausteine 5 und 7 mit dem Schlitten 9 und der unteren Modulbausteine 6 und

8 mit dem Schlitten 10,

c) die Möglichkeit, durch festes Verbinden des Schlittens

9 oder des Schlittens 10 mit der lösbaren Mutter 12 diese Schlitten auf den vertikalen Führungsschienen 11 des Gestells mit einer präzisen Positionierungskontrolle zu verschieben,

können die Montage, die Demontage und die eventuelle Umwandlung der Maschine, um von einem Verfahren auf ein anderes Verfahren überzugehen, in einem Minimum an Zeit, ohne heikle Regulierungen und ohne große Handhabungseinrichtungen ausgeführt werden.

Ausserdem kann man, während die Maschine mit dem einen oder anderen Verfahren betrieben wird, ohne irgendeine Demontage, indem einfach die Klemmvorrichtungen 26 entfernt werden und der Schlitten 9 nach oben verschoben wird, der im vorliegenden Fall die gesamte Anordnung 3-5-7 anhebt, von oben her Zugang zu dem Innern des Gehäuses erhalten, und, indem einfach die Klemmvorrichtungen 28 entfernt werden und der Schlitten 10 nach unten verschoben wird, welcher im vorliegenden Fall die gesamte Anordnung 4-6-8 absenkt, die eventuellen inneren Bestandteile (beispielsweise Heizelemente, Tiegel, usw. bei dem Czochralsky-Verfahren), die durch die untere Kappe 4 abgestützt sind, vollständig freigeben.

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Claims

-2506 HS Patentansprüche:

1. Universalmaschine zum Herstellen von Einkristallen durch das eine oder andere herkömmliche Verfahren, mit einem Gestell, mit einem Heizgehäuse, mit einer in diesem Heizgehäuse angeordneten und mit einem geeigneten elektrischen Generator verbundenen Heizvorrichtung, mit einem mit dem Gehäuse verbundenen Vakuumsystem, mit Einrichtungen zum eventuellen Einleiten von Gas in dieses Gehäuse und mit Einrichtungen zum Abstützen, Ziehen und Drehen des in der Herstellung befindlichen Kristallmaterials, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizgehäuse bei allen Verfahren dasselbe ist, sofern die Mengen des verarbeiteten Kristallmaterials vergleichbar sind, und einen zylindrischen Körper, der in einer für die visuelle Beobachtung der Herstellungszone geeigneten Höhe an dem Gestell befestigt und mit zwei seitlichen Flanschen versehen ist, die zum Anschliessen des Vakuumsystems oder zum eventuellen Anschliessen eines Hochfrequenzgenerators dienen können, und zwei an dem zylindrischen Körper lösbar befestigte Kappen aufweist, wobei die untere Kappe Einrichtungen zum eventuellen Abstützen von Heizelementen und von weiteren internen Bestandteilen hat,dass die Einrichtungen zum Abstützen, Ziehen und Drehen, die je nach dem benutzten Verfahren insgesamt oder teilweise verschieden sind, aus Modulbausteinen bestehen, die mit gleichen Einrichtungen für ihre gegenseitige Verbindung und für ihre Verbindung mit den Kappen des Gehäuses versehen sind, so dass der (die) für ein bestimmtes Verfahren geeignete (n) Modulbaustein(.e.) auf der oberen Kappe und unter der unteren Kappe angebracht werden kann(können), dass zumindest einer der oberen Modulbausteine mit Einrichtungen für seine Verbindung mit einem ersten Schlitten"versehen ist, der auf Führungsschienen des Gestells verschiebbar ist,

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dass zumindest einer der unteren Modulbausteine mit Einrichtungen für seine Verbindung mit einem zweiten Schlitten versehen ist, der auf denselben Führungsschienen verschiebbar ist, und dass jeder Schlitten Einrichtungen zum Befestigen an einer Mutter, welche durch eine sich längs der Führungsschienen des Gestells erstreckende Schraubenspindel bewegt wird, und Einrichtungen zum genauen Positionieren und Feststellen an vorbestimmten Stellen der Führungsschienen besitzt.

2. Universalmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gleichen Einrichtungen zum Verbinden der Modulbausteine mit einander und mit den Kappen des Heizgehäuses verschraubte Flansche sind und dass die Kappen an dem zylindrischen Körper durch lösbare Klemmvorrichtungen befestigt sind, die ohne Verwendung irgendeines Demontagewerkzeuges den Zugang zum Innern des Gehäuses gestatten, indem einfach der obere Schlitten nach oben geschoben wird, und die das vollständige Freimachen der durch die untere Kappe abgestützten eventuellen inneren Bestandteile dieses Gehäuses gestatten, indem einfach der untere Schlitten nach unten geschoben wird.

3. Universalmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebung des einen oder anderen Schlittens mit Hilfe einer einzelnen Schneckenspindel und einer einzelnen lösbaren Mutter erfolgt.

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