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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Quarzglastiegel zum Ziehen
eines Silizium-Einkristalls, umfassend einen Tiegelbasiskörper, der
einen Bodenbereich und eine Seitenwandung aufweist, deren Innenoberfläche mit
einer Innenschicht versehen ist.
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Weiterhin
betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Quarzglastiegels
zum Ziehen von Silizium-Einkristall, umfassend einen Tiegelbasiskörper, der
einen Bodenbereich und eine einen Innen-Hohlraum umschließende Seitenwandung
aufweist, wobei innerhalb des Hohlraums des in einer rotierenden
Schmelzform fixierten Quarzglas-Tiegelbasiskörpers eine Hochtemperaturatmosphäre erzeugt wird,
und wobei Quarzglaspulver in die Hochtemperaturatmosphäre unter
Bildung einer Innenschicht an der inneren Oberfläche des Tiegelbasiskörpers zugeführt wird,
indem das Quarzglaspulver geschmolzen und verglast wird.
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Für die Herstellung
von Silizium-Einkristallen ist das so genannte Czochralski-Verfahren (CZ) weit verbreitet.
Das CZ-Verfahren umfasst das Schmelzen von polykristallinem Silizium
in einem Tiegel aus Quarzglas, das Eintauchen eines Impfkristalls
aus Silizium-Einkristall in die Siliziumschmelze, das allmähliche Ziehen
des Silizium-Impfkristalls unter Rotation des Tiegels, so dass der
Silizium-Einkristall
am Impfkristall mit diesem als Kern anwächst. Der mittels besagtem
CZ-Verfahren hergestellte Einkristall sollte eine hohe Reinheit
aufweisen und für
die Herstellung von Siliziumwafern bei hoher Ausbeute geeignet sein;
als Quarzglastiegel für
den Einsatz im Herstellungsprozess wird ein doppelwandiger Quarzglastiegel
eingesetzt, der eine porenfreie Innenschicht und eine opake, Poren
enthaltende Außenschicht
aufweist.
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Infolge
der neueren Tendenz, längere
Prozessdauern für
das Ziehen der Silizium-Einkristalle vorzusehen,
um größere Durchmesser
der Silizium-Einkristalle zu erzielen, sind Quarzglastiegel mit höherer Reinheit
erforderlich. Dementsprechend haben die Anmelder der vorliegenden
Erfindung einen Quarzglastiegel vorgeschlagen, der eine Doppelstruktur,
umfassend eine transparente Innenschicht und eine opake Außenschicht
aufweist, wobei die Innenschicht aus einem syntheti schen Quarzglaspulver
gebildet wird (beispielsweise Patent Nr. 2811290 und Patent Nr.
2933404 usw.). Ein Quarzglastiegel mit einer Innenschicht aus synthetischem
Quarzglas ist insofern vorteilhaft, da er einen extrem geringen Gehalt
an Verunreinigungen aufweist, eine sehr geringe Entstehung von Oberflächenrauigkeit
oder von Cristobalit-Stellen auf der Innenoberfläche während des Silizium-Einkristall-Ziehprozesses
erleidet, lange Standzeiten ermöglicht,
und die Ausbeute des Silizium-Einkristall-Ziehprozesses erhöht.
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Im
Vergleich zu Tiegeln, die aus natürlich vorkommendem Quarz hergestellt
worden sind, tendieren die oben genannten Tiegel mit Innenschichten aus
synthetischem Quarzglas jedoch dazu, eine Oszillation der Schmelzoberfläche beim
Schmelzen von Polysilizium zu bewirken. Insbesondere wird eine derartige
Oberflächenoszillation
häufig
während
der Initialisierungsphase des Ziehprozesses, wie bei der Nukleation,
der Ausbildung von Schultern und früherer Stadien der Herstellung
des Silizium-Einkristalls beobachtet; und ist daher wegen der längeren Zeit
für die
Nukleation, der Ausbildung von Versetzungen im Kristall, die ein
Wiederaufschmelzen erforderlich machen, welches als so genanntes
Rückschmelzen (melt-back)
bezeichnet wird und ähnlichem,
nachteilig, da dies die Produktivität verringert. Im Hinblick auf diese
Umstände
haben die Erfinder vorliegender Anmeldung einen mehrschichtigen
Tiegel vorgeschlagen, der eine erste, opake synthetische Quarzglasschicht
aufweist, die zwischen einer transparenten Innenschicht aus synthetischem
Quarzglas und einer opaken Bulk-Schicht aus natürlich vorkommendem Quarzglas
angeordnet ist (
Japanische
Offenlegungsschrift Nr. 2001-348294 , äquivalent zu
EP-A-1290250 ). Da jedoch
ein mehrschichtiger Tiegel den Einsatz von synthetischem Pulver
in großen Mengen
erfordert, ergibt sich ein Nachteil hinsichtlich der Kosten.
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Im
Lichte der oben genannten Umstände
haben die vorliegenden Erfinder umfangreiche Studien ausgeführt und
als Ergebnis wurde gefunden, dass die Oberflächenoszillation, die auf der
Oberfläche
der Siliziumschmelze erzeugt wird, eng mit der Innenoberfläche der
Wandung (dem geraden, hülsenförmigen Teil)
zusammenhängt,
und dass die Ausbeute der gezogenen Einkristalle signifikant mit
der Innenoberfläche
des Bodenbereiches zusammenhängt.
Außerdem
wurde gefunden, dass bei Einsatz von natürlich vorkommendem Quarzglas
oder einer Mischung aus natürlich
vorkommendem und synthetischem Quarzglas für einen spezifischen Teil der
Wandung des Quarzglastiegels, der zum Ziehen von Silizium-Einkristallen
eingesetzt wird, die Ausbildung einer Oszillation der Oberfläche der
Siliziumschmelze unterdrückt
werden kann, und dass dies einen langen und stabilen Betrieb des
Tiegels ermöglicht,
indem die Entstehung von Oberflächen-Aufrauung und von Cristobalit-Stellen
auf der Innenoberfläche
des Tiegels unterdrückt
werden, indem ein spezifischer Bereich der Innenschicht in der Nähe des Bodenbereiches
des Tiegels aus synthetischem Quarzglas ausgebildet wird. Basierend
auf diesen Erkenntnissen wurde die vorliegende Erfindung vervollständigt, welche
das Ziehen von Siliziumeinkristall bei hoher Ausbeute ermöglicht.
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Es
ist insbesondere eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Quarzglastiegel bereit zu stellen, der zum stabilen Ziehen von Silizium-Einkristall
bei hoher Ausbeute geeignet ist, indem er die Entstehung von Oszillationen
der Oberfläche
der Silizium-Schmelze unterdrückt,
ohne eine Oberflächenrauigkeit
und Cristobalit-Stellen an der Innenoberfläche des Tiegels auch nach langen
Betriebsdauern zu erzeugen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist
es, ein Verfahren. zur Herstellung des oben genannten Quarzglastiegels
anzugeben.
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Zur
Lösung
der oben genannten Aufgaben ist der Quarzglastiegel dadurch gekennzeichnet, dass
seine Innenschicht umfasst:
- a) einen ersten,
aus synthetischem Quarzglas bestehenden Teil, der sich vom Boden
bis zu einer Höhe
von mindestens 0,25 H erstreckt;
- b) einen zweiten, aus natürlich
vorkommendem Quarzglas oder aus einem gemischten Quarzglas aus natürlichem
und synthetischem Quarzglas bestehenden zweiten Teil, der sich in
einem Bereich von mindestens 0,5 H bis 0,8 H erstreckt;
- c) und einen restlichen Teil, der aus Quarzglas besteht, welches
ausgewählt
ist aus synthetischem Quarzglas, natürlich vorkommendem Quarz oder einem
gemischten Quarzglas aus natürlichem und
synthetischem Quarzglas,
wobei H die Höhe zwischen dem niedrigsten Rand
des Bodenbereiches und der oberen Endfläche der Wandung repräsentiert.
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Der
Quarzglastiegel entsprechend der vorliegenden Erfindung ist ein
Quarzglastiegel zum Ziehen von Silizium-Einkristall, umfassend einen
Tiegelbasiskörper
mit einer Innenschicht, die an der Innenoberfläche des Bodens und der Seitenwandung
vorgesehen ist, wobei besagte Innenschicht im Hinblick auf die Höhe (H) vom
unteren Ende des Bodenbereiches zu der oberen Endfläche der
Seitenwandung eine erste Schicht umfasst, die eine Schicht aus synthetischem
Quarzglas ist, und die sich über
eine Höhe von
wenigstens 0,25 H streckt; eine zweite Schicht aus natürlich vorkommendem
Quarzglas oder aus einem gemischten Quarzglas aus natürlich vorkommendem
Quarzglas und synthetischem Quarzglas, die sich über einen Bereich von mindestens
0,5 H bis 0,8 H erstreckt und einem restlichen Teil der Innenschicht
in Form einer Restschicht, bestehend aus Quarzglas ausgewählt aus
synthetischem Quarzglas, einem natürlich vorkommendem Quarzglas,
einem gemischten Quarzglas aus natürlich vorkommendem Quarzglas
und synthetischem Quarzglas.
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Dadurch,
dass ein Teil (ein zweiter Teil) der Innenschicht aus natürlichem
vorkommendem Quarzglas oder aus synthetischem Quarzglas, das natürlich vorkommendes
Quarzglas enthält
(das bedeutet, ein gemischtes Quarzglas aus natürlich vorkommendem Glas und
synthetischem Glas) an der Innenoberfläche des Tiegelbasiskörpers bereitgestellt
wird, kann die Oszillation der Siliziumschmelze unterdrückt werden.
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Die
Dicke des zweiten Teils liegt vorzugsweise im Bereich von 0,3 bis
3 mm. Im Fall, dass die Dicke weniger als 0,3 mm beträgt, kann
lediglich ein geringer Effekt hinsichtlich der Unterdrückung der
Oszillation der Siliziumschmelze erwartet werden; ein zweiter Teil
mit einer Dicke von mehr als 3 mm ist nicht bevorzugt, da sich keine
Verbesserung des Effektes hinsichtlich der Unterdrückung der
Oszillation der Schmelze ergibt.
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Andererseits
hängt die
Ausbeute an Silizium-Einkristall davon ab, ob der Silizium-Einkristall Versetzungen
enthält
oder nicht. Die meisten der Versetzungen bilden sich jedoch infolge
der Aufrauung der Oberfläche
oder der Bildung von Cristobalit-Stellen
in späteren
Stadien des Ziehprozesses, und zwar in einer Höhe von 0,25 H des Tiegels,
wenn dieser für eine
lange Zeit in Kontakt mit der Siliziumschmelze gebracht worden ist.
Dementsprechend ist der erste Teil der Innenschicht des Quarzglastiegels
gemäß der vorliegenden
Erfindung, der sich bis zu einer Höhe von mindestens 0,25 H erstreckt,
aus synthetischem Quarzglas ausgebildet, das hinsichtlich der Oberflächenrauigkeit
oder der Entstehung von Cristobalit-Stellen weniger anfällig ist.
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Die
Dicke des ersten Teils der Innenschicht liegt vorzugsweise im Bereich
von 0,5 bis 5 mm. Für den
Fall, dass die Dicke des ersten Bereichs weniger als 0,5 mm beträgt, wird
der Effekt der Unterdrückung von
OberflächenAufrauung
und der Entstehung von Cristobalit-Stellen gering, was in einer
geringen Ausbeute resultiert. Eine Dicke von mehr als 5 mm ist auch
nicht bevorzugt, weil dies die Produktionskosten erhöht.
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Das
Pulver aus natürlich
vorkommendem Quarzglas, das mit synthetischem Glas zur Bildung der
Innenschicht des oben genannten Quarzglastiegels gemischt wird,
enthält
vorzugsweise 30% oder mehr an natürlich vorkommendem Quarzglaspulver.
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Der
Quarzglastiegel zum Ziehen von Silizium-Einkristallen gemäß der vorliegenden
Erfindung erleidet weniger Oszillationen der Siliziumschmelze beim
Ziehen von Silizium-Einkristallen und ermöglicht ein stabiles Ziehen
von Silizium-Einkristallen
bei hoher Ausbeute ohne ein Aufrauen der Oberfläche oder ein Ausbilden von
Cristobalit-Stellen an der Innenoberfläche des Tiegels zu erzeugen.
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Hinsichtlich
des Verfahrens wird die oben angegebene Aufgabe durch eine Herstellungsmethode gelöst, die
dadurch gekennzeichnet ist, dass das Ausformen der Innenschicht
beinhaltet
- a) das Formen eines ersten Teils
der Innenschicht, der sich vom Boden bis zu einer Höhe von mindestens
0,25 H erstreckt;
- b) das Formen eines zweiten Teils der Innenschicht, der sich
in einem Bereich von mindestens 0,5 H bis 0,8 H erstreckt, und der
aus natürlich vorkommendem
Quarzglas oder aus einem gemischten Quarzglas aus natürlichem
und synthetischem Quarzglas besteht;
- c) und das Formen eines restlichen Teils der Innenschicht, der
aus Quarzglas besteht, welches ausgewählt ist aus synthetischem Quarzglas,
natürlich
vorkommendem Quarzglas oder einem gemischten Quarzglas aus natürlichem
und synthetischem Quarzglas,
wobei H die Höhe zwischen dem niedrigsten Rand
des Bodenbereiches und der oberen Endfläche der Wandung repräsentiert.
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Ein
erster Teil der Innenschicht wird über eine Höhe von mindestens 0,25 H erzeugt,
indem synthetisches Quarzglaspulver in eine Hochtemperaturatmosphäre eingebracht
wird, und indem das Pulver erschmolzen und verglast wird. Ein Zufuhrstutzen zur
Zufuhr von Quarzglaspulver wird für die Zufuhr des synthetischen
Quarzglaspulvers eingesetzt. Einhergehend mit einer Aufwärts- oder
Abwärtsbewegung
oder einer Bewegung nach rechts oder links, sofern notwendig, wird
dann über
einen Höhenbereich
von mindestens 0,5 H bis 0,8 H ein zweiter Bereich der Innenschicht
erzeugt, der aus natürlich
vorkommendem Quarzglas besteht, oder aus natürlich vorkommendem Quarzglas,
das mit synthetischem Quarzglas gemischt ist. Dies wird dadurch
erreicht, dass das Pulver aus natürlich vorkommendem Quarzglas
oder aus natürlich
vorkommendem Quarzglas, das mit synthetischem Quarzglas gemischt
ist, mittels des Zufuhrstutzens zugeführt wird.
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Hier
und im Folgenden repräsentiert „H" die Höhe vom unteren
Ende des Bodenbereiches zur oberen Endfläche der Seitenwandung, wie
dies in 1 im Detail dargestellt ist.
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Alternativ
dazu wird der zweite Teil der Innenschicht dadurch hergestellt,
dass zunächst
ein Pulver aus natürlich
vorkommendem Quarzglas oder aus natürlich vorkommendem Quarzglas,
gemischt mit synthetischem Quarzglas, das unter Einsatz eines Zufuhrstutzen
zugeführt
und einer damit einhergehenden Aufwärts-, Abwärtsbewegung des Zufuhrstutzens
oder einer Bewegung nach rechts oder nach links, sofern notwendig,
zu einem ersten Teil der Innenschicht, der eine synthetische Quarzglasschicht darstellt,
geformt wird, wobei diese eine Höhe
von mindestens 0,25 H vom niedrigsten Ende der Außenoberfläche des
Bodenbereiches aufweist, indem das synthetische Quarzglaspulver,
das mittels des Quarzglaspulver-Zufuhrstutzens zugeführt wird,
erschmolzen und verglast wird.
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Bei
einer bevorzugten Verfahrensweise wird eine vorläufige Quarzglasschicht auf
der gesamten Innenoberfläche
des Tiegelbasiskörpers
erzeugt, indem ein Quarzglaspulver, welches ein synthetisches Quarzglaspulver
ist, erschmolzen und verglast wird, und wobei der zweite Bereich
der Innenschicht über einen
Höhenbereich
von 0,5 H bis 0,8 H erzeugt wird, indem die vorläufige Schicht mit einer zweiten
Quarzglasschicht beschichtet wird, welche aus natürlich vorkommendem
Quarzglaspulver oder aus natürlich vorkommendem
Quarzglaspulver, das mit synthetischem Quarzglas gemischt ist, erzeugt
wird.
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Alternativ
dazu wird eine vorläufige
Quarzglasschicht auf der gesamten Innenoberfläche des Tiegelbasiskörpers erzeugt,
indem ein Quarzglaspulver erschmolzen und verglast wird, das aus
natürlich vorkommendem
Quarzglaspulver oder aus einem Gemisch aus natürlich vorkommendem Quarzglaspulver
und synthetischem Quarzglaspulver besteht, wobei der erste Teil
der Innenschicht über
einen Höhenbereich
von mindestens 0,25 H gebildet wird, und indem die vorläufige Schicht
mit einer zweiten Quarzglasschicht beschichtet wird, die aus synthetischem Quarzglaspulver
hergestellt ist.
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Der
Quarzglastiegel kann durch ein einfaches Herstellungsverfahren hergestellt
werden, welches die Zufuhr von Pulver aus synthetischem Quarzglas,
einem Pulver aus natürlich
vorkommendem Quarzglas, oder aus einem gemischten Pulver aus natürlich vorkommendem
Quarzglas und synthetischem Quarzglas, zu jedem der Bereiche des
Tiegelbasiskörpers
umfasst, wobei die Pulver zur Ausbildung der jeweiligen Bereiche
der Innenschicht anschließend
erschmolzen und verglast werden.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend detailliert anhand von Ausführungsbeispielen
beschrieben, wobei es sich verstehen sollte, dass die vorliegende
Erfindung darauf nicht beschränkt
ist.
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1 zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht eines Quarzglastiegels gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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2 ist
eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung des
Quarzglastiegels gemäß vorliegender
Erfindung.
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Der
Aufbau des Quarzglastiegels gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in 1 dargestellt.
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1 zeigt
einen Quarzglastiegel 1, einen Bodenbereich 2 des
Tiegels, eine Seitenwandung 3, die eine gerade Hülse zeigt
und aus einer Innenschicht 4 gebildet wird, bestehend aus
einem ersten Teil, die als Schicht 5 aus synthetischem
Quarzglas ausgebildet ist, aus einem zweiten Teil, der als Schicht 6 aus
natürlich
vorkommendem Quarzglas ausgebildet ist (oder der alternativ aus
natürlich
vorkommendem Quarzglas, das mit synthetischem Quarzglas gemischt
ist, hergestellt ist) und einer Restschicht auf dem oberen Ende
des ersten Teils 5 und zwischen diesen und dem zweiten
Teil 6.
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2 zeigt
das Verfahren zur Herstellung des Quarzglastiegels gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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In 2 ist
eine rotierende Form 7 dargestellt, ein Tiegelbasiskörper 8,
Mittel zur Zufuhr von Quarzglaspulver 9, ein plattenförmiger Deckel 10,
ein Durchflussregelventil 11, eine Energieversorgungseinrichtung 12,
eine Lichtbogenelektrode 13, ein Zufuhrstutzen 14 für die Zufuhr
von Quarzglaspulver, und eine Hochtemperaturatmosphäre 15.
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Der
Quarzglastiegel gemäß der vorliegenden
Erfindung wird hergestellt, indem Pulver aus natürlich vorkommendem Quarzglas
mittels der Zufuhrmittel 9 für Quarzglaspulver in die rotierende
Form 7 eingeführt
wird, das Pulver in Form eines Tiegels geformt wird, die Lichtbogenelektrode 13 dort
hinein eingeführt
wird, und die Öffnung
des in einen Tiegel geformten Körpers
mit einem plattenähnlichen
Körper 10 abgedeckt
wird, und daraufhin unter Einsatz der Lichtbogenelektrode 13,
ein transluzenter Tiegelbasiskörper 8 erzeugt
wird, indem die Innenoberfläche
des tiegelähnlich
geformten Körpers
einer Hochtemperaturgas-Atmosphäre
unterworfen wird, wobei mindestens ein Teil der Innenseite des tiegelähnlich geformten
Körpers
erschmolzen und verglast wird.
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Daraufhin
wird ein Quarzglaspulver in die Hochtemperaturatmosphäre 15 mittels
der Quarzglaspulver-Zufuhrmittel 9 zugeführt, wobei
die Zufuhrrate mittels des Durchflussregelventils 11 kontrolliert
wird und dabei eine Quarzglas-Innenschicht an der gewünschten
Position durch Schmelzen und Verglasen des Pulvers erzeugt wird.
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Daraufhin
wird ein synthetisches Quarzglaspulver der Hochtemperaturatmosphäre 15 über den Quarzglaspulver-Zufuhrstutzen 14 unter
Bildung einer Quarzglasschicht (erster Teil 5) an der gewünschten
Position durch Schmelzen und Verglasen des so zugeführten Quarzglaspulvers
zugeführt,
wobei eine Innenschicht 15 aus synthetischem Quarzglas
geformt wird, die sich bis zu einer Höhe von 0,25 H vom untersten
Ende der Außenfläche des
Bodenbereiches erstreckt. „H" repräsentiert
dabei die Höhe
vom untersten Ende des Bodenbereiches bis zu der oberen Endfläche der
Seitenwandung.
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In
gleicher Weise wird unter Einsatz von natürlich vorkommendem Quarzglaspulver
ein zweiter Teil der Innenschicht auf der Wandung im Bereich von
0,5 H bis 0,8 H ausgebildet, der aus einer Schicht aus natürlich vorkommenden
Quarzglas besteht.
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Der
Rest der Innenschicht 4 wird in einer Qualität von Quarzglas
ausgebildet, welches ausgewählt
ist aus synthetischem Quarzglas, natürlich vorkommendem Quarz oder
einem gemischten Quarzglas aus natürlichem und synthetischem Quarzglas.
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Es
gibt verschiedene bevorzugte Verfahrensweisen, wie beispielsweise
- (i): ein Verfahren, umfassend die Ausbildung
eines ersten Teiles der Innenschicht aus Quarzglas bis zu einer
Höhe von
mindestens 0,25 H durch Zufuhr von synthetischem Quarzglaspulver
zu einer Hochtemperaturatmosphäre,
und durch Schmelzen und Verglasen des Pulvers, gefolgt von einer
Bewegung aufwärts,
abwärts
oder nach rechts oder links, sofern erforderlich, des Zufuhrstutzens 14 für das Quarzglaspulver,
welcher für die
Zufuhr des synthetischen Quarzglaspulvers eingesetzt wird, und die
Ausbildung des zweiten Teils der Innenschicht 4 über einen
Höhenbereich von
mindestens 0,5 H bis 0,8 H, aus einem natürlich vorkommenden Quarzglaspulver
oder aus einer Mischung aus natürlich
vorkommendem Quarzglas und synthetischem Quarzglas 6, das mittels
des Stutzens 14 zugeführt
wird.
- (ii) ein Verfahren, umfassend die Ausbildung eines zweiten Teils 6 der
Innenschicht 4 über
einen Höhenbereich
von mindestens 0,5 H bis 0,8 H durch Schmelzen und Verglasen eines
Pulvers aus natürlich
vorkommendem Quarzglas oder aus natürlich vorkommendem Quarzglas,
das mit synthetischem Quarzglas gemischt ist, welches mittels des
Quarzglaspulver-Zufuhrstutzens 14 zugeführt wird, einhergehend mit
einer Bewegung des Zufuhrstutzens 14, erforderlichenfalls,
nach oben, nach unten, nach rechts oder nach links, und der anschließenden Ausbildung
des ersten Teils 5 der Innenschicht 5 bis zu einer
Höhe von 0,25
H vom untersten Ende der Außenoberfläche des
Bodenbereiches, indem das mittels des Quarzglaspulver-Zufuhrstutzens 14 zugeführte Pulver
aus synthetischem Quarzglas geschmolzen und verglast wird; und
- (iii) ein Verfahren umfassend ein vorläufiges Erzeugen einer Quarzglas-Innenschicht über die
gesamte Innenoberfläche
des Tiegelbasiskörpers durch
Schmelzen und Verglasen eines ersten Quarzglaspulvers, das mittels
des Quarzglaspulver-Zufuhrstutzens 14 zugeführt wird,
und nachfolgend eine zweite Quarzglas-Innenschicht an der gewünschten
Position durch Zufuhr eines zweiten Quarzglaspulvers erzeugt wird.
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Bei
der Verfahrensweise (iii) wird bevorzugt ein Pulver aus synthetischem
Quarzglas als das erste Pulver und natürlich vorkommendes Quarzglaspulver
oder ein Pulver aus natürlich
vorkommendem Quarzglas, das mit synthetischem Quarzglaspulver gemischt
ist, als zweites Pulver eingesetzt, so dass der zweite Teil der
Innenschicht 6 aus natürlich
vorkommendem Quarzglas oder aus natürlich vorkommendem Quarzglas,
welches mit synthetischem Quarzglas gemischt ist, über einen
Höhenbereich von
0,5 bis 0,8 H gebildet wird.
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Beispiel 1
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Unter
Einsatz der in 2 dargestellten Vorrichtung
wurde Pulver aus hochreinem, natürlich
vorkommendem Quarzglas, das einer Reinigungsbehandlung unterzogen
worden ist, einer rotierenden Schmelzform 7 zugeführt, und
das Pulver wurde mittels der Zentrifugalkraft in eine tiegelähnliche
Form gebracht. Daraufhin wurde eine Lichtbogenelektrode 13 in
den Tiegelbasiskörper
eingesetzt, dessen Öffnung
mit einem plattenförmigen
Deckelkörper 10 abgedeckt
wird, und eine Hochtemperatur-Gasatmosphäre wird innerhalb des Innenhohlraumes
unter Einsatz der Lichtbogenelektrode 13 erzeugt, um den
Basiskörper
zu erschmelzen und zu verglasen. Auf diese Weise wurde ein Tiegelbasiskörper 8 aus
transluzentem Quarzglas nach dem Abkühlen des geschmolzenen und
verglasten Körpers
erhalten. Nachdem mittels der Lichtbogenelektrode 13 innerhalb
des Innenhohlraumes des Tiegelbasiskörpers 8 aus transluzentem
Quarzglas unter Rotieren der Schmelzform 7 eine Hochtemperaturatmosphäre 15 erzeugt
worden ist, wird dort hinein synthetisches Quarzglaspulver mittels
des Quarzglaspulver-Zufuhrstutzens 14 mit einer Rate von
100 g/min zugeführt. Auf
diese Weise wird eine Innenschicht 5 aus synthetischem
Quarzglas mit einer Dicke von ungefähr 2 mm erschmolzen und monolithisch
mit der Innenoberfläche
des Tiegelbasiskörpers
aus Quarzglas über
eine Höhe
von mindestens 0,4 H vom untersten Ende der Außenoberfläche des Bodenbereiches verbunden,
wobei H die Höhe
vom untersten Ende des Bodenbereiches zur oberen Endfläche des
hülsenförmigen Teils
repräsentiert.
Daraufhin wird der Quarzglaspulver-Zufuhrstutzen 14 aufwärts bewegt, wobei
Pulver aus natürlich
vorkommendem Quarzglas mit einer Zufuhrrate von 100 g/min mittels
der Quarzglaspulver-Zufuhrmittel 9 zugeführt und
dadurch i eine Innenschicht 6 aus natürlich vorkommendem Quarzglas
mit einer Dicke von ungefähr
2 mm erschmolzen und monolithisch mit der Innenoberfläche des
transluzenten Tiegelbasiskörpers 8 über eine
Höhe im
Bereich von 0,4 H bis 1,0 H verbunden wird. Der Durchmesser des
so erhaltenen Quarzglastiegels betrug 24 Inch. Beim Ziehen eines
Einkristalls nach der CZ-Methode durch Befüllen des Quarzglastiegels mit
polykristallinem Silizium und Erschmelzen desselben, wurde nach
einer Betriebsdauer von ungefähr
90 Stunden ohne die Entstehung von Oszillation an der Oberfläche der
Siliziumschmelze ein perfekter Einkristall erhalten.
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Beispiel 2
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Hochreines
natürlich
vorkommendes Quarzglaspulver, das einer Reinigungsbehandlung unterzogen
worden war, wurde einer rotierenden Form zugeführt, wobei das Pulver mittels
der Zentrifugalkraft in eine tiegelähnliche Form aus Quarzglas
gebracht wurde. Daraufhin wurde eine Lichtbogenelektrode in den
Quarzglas-Tiegelkörper eingeführt, dessen Öffnungsbereich
mit einem plattenähnlichen
Deckelkörper
bedeckt war, und es wurde eine Hochtemperatur-Gasatmosphäre in nerhalb
des Innenhohlraumes unter Einsatz der Lichtbogenelektrode erzeugt.
Auf diese Weise wurde ein Tiegelbasiskörper aus transluzentem Quarzglas
nach dem Abkühlen
des geschmolzenen und verglasten Basiskörpers erhalten. Nach dem Einstellen
der Hochtemperaturatmosphäre
innerhalb des Tiegelbasiskörpers
aus transluzentem Quarzglas mittels der Lichtbogenelektrode bei rotierender
Schmelzform, wurde Pulver aus synthetischem Quarzglas mit einer
Rate von 100 g/min mittels des Quarzglaspulver-Zufuhrstutzens zugeführt. Auf
diese Art und Weise wird eine Innenschicht aus synthetischem Quarzglas
mit einer Dicke von ungefähr
2 mm erschmolzen und monolithisch mit der Innenoberfläche des
transluzenten Tiegelbasiskörpers verbunden.
Daraufhin wird auf der Innenschicht eine Innenschicht von etwa 0,8
mm aus natürlich
vorkommendem Quarzglas, das mit synthetischem Quarzglas gemischt
wird, über
einen Höhenbereich
von 0,45 H bis 0,9 H des Tiegelbasiskörpers ausgebildet, indem Pulver
aus synthetischem Quarzglas mit einer Zufuhrrate von 50 g/min und
Pulver aus natürlich
vorkommendem Quarzglas mit einer Rate von 50 g/min mittels der Quarzglas-Zufuhrmittel 9 von
einer vorgegebenen Position an durch den oben genannten Quarzglas-Zufuhrstutzen
zugeführt
werden. Der Durchmesser des so erhaltenen Quarzglastiegels betrug
24 Inch. Beim Ziehen eines Einkristalls nach dem CZ-Verfahren durch Befüllen des
Quarzglastiegels mit polykristallinem Silizium und erschmelzen desselben,
wurde nach einer Betriebsdauer von ungefähr 90 Stunden ohne die Entstehung
von Oszillation an der Oberfläche
der Siliziumschmelze ein perfekter Einkristall erhalten.
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Vergleichsbeispiel 1
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Unter
Einsatz der in 2 dargestellten Vorrichtung
wurde Pulver aus hochreinem, natürlich
vorkommendem Quarzglas, das einer Reinigungsbehandlung unterzogen
worden ist, einer rotierenden Schmelzform 7 zugeführt, und
das Pulver wurde mittels der Zentrifugalkraft in eine tiegelähnliche
Form gebracht. Daraufhin wurde eine Lichtbogenelektrode 13 in
den Tiegelbasiskörper
eingesetzt, dessen Öffnung
mit einem plattenförmigen
Deckelkörper 10 abgedeckt
wird, und eine Hochtemperatur-Gasatmosphäre wurde innerhalb des Innenhohlraumes
unter Einsatz der Lichtbogenelektrode 13 erzeugt, um den Basiskörper zu
erschmelzen und zu verglasen. Auf diese Weise wurde ein Tiegelbasiskörper 8 aus
transluzen tem Quarzglas nach dem Abkühlen des geschmolzenen und
verglasten Körpers
erhalten. Nachdem mittels der Lichtbogenelektrode 13 innerhalb
des Innenhohlraumes des Tiegelbasiskörpers 8 aus transluzentem
Quarzglas unter Rotieren der Schmelzform 7 eine Hochtemperaturatmosphäre 15 erzeugt
worden ist, wird dort hinein synthetisches Quarzglaspulver mittels
des Quarzglas-Zufuhrstutzens 14 mit einer Rate von 100
g/min zugeführt.
Auf diese Weise wird eine Innenschicht 5 aus synthetischem
Quarzglas mit einer Dicke von ungefähr 2 mm erschmolzen und monolithisch
mit der Innenoberfläche
des Tiegelbasiskörpers 8 verbunden.
Der Durchmesser des so erhaltenen Quarzglastiegels betrug 61 cm
(24 Inch). Beim Ziehen eines Einkristalls nach der CZ-Methode durch
Befüllen
des Quarzglastiegels mit polykristallinem Silizium und Erschmelzen
desselben, wurde eine heftige Oszillation an der Oberfläche der
Siliziumschmelze erzeugt, was einen Impfprozess (seeding Operation)
und einen anschließenden
Betrieb unmöglich
machte.
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Vergleichsbeispiel 2
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Unter
Einsatz der in 2 dargestellten Vorrichtung
wurde Pulver aus hochreinem, natürlich
vorkommendem Quarzglas, das einer Reinigungsbehandlung unterzogen
worden ist, einer rotierenden Schmelzform 7 zugeführt, und
das Pulver wird mittels der Zentrifugalkraft in eine tiegelähnliche
Form gebracht. Daraufhin wird eine Lichtbogenelektrode 13 in
den Tiegelbasiskörper
eingesetzt, dessen Öffnung mit
einem plattenförmigen
Deckelkörper 10 abgedeckt
wird, und eine Hochtemperatur-Gasatmosphäre wird innerhalb des Innenhohlraumes
unter Einsatz der Lichtbogenelektrode 13 erzeugt, um den
Basiskörper
zu erschmelzen und zu verglasen. Auf diese Weise wurde ein Tiegelbasiskörper 8 aus
transluzentem Quarzglas nach dem Abkühlen des geschmolzenen und
verglasten Körpers
erhalten. Nachdem mittels der Lichtbogenelektrode 13 innerhalb
des Innenhohlraumes des Tiegelbasiskörpers 8 aus transluzentem
Quarzglas unter Rotieren der Schmelzform 7 eine Hochtemperaturatmosphäre 15 erzeugt
worden ist, wird dort hinein Pulver aus natürlich vorkommendem Quarzglas
mittels des Quarzglas-Zufuhrstutzens 14 mit
einer Rate von 100 g/min zugeführt.
Auf diese Weise wird eine Innenschicht 5 aus natürlich vorkommendem
Quarzglas mit einer Dicke von ungefähr 2 mm erschmolzen und monolithisch
mit der Innenoberfläche
des Tiegelbasiskörpers 8 verbunden. Der
Durchmesser des so erhaltenen Quarzglastie gels betrug 24 Inch. Beim
Ziehen eines Einkristalls nach der CZ-Methode durch Befüllen des
Quarzglastiegels mit polykristallinem Silizium und Erschmelzen desselben,
zeigte es sich, das die Herstellung eines perfekten Einkristalls
nicht möglich
war, da nach einer Betriebsdauer von etwa 50 Stunden Versetzungen
im Einkristall entstanden, obgleich eine Oszillation der Oberfläche der
Siliziumschmelze nicht erzeugt wurde.