DD253437A1

DD253437A1 - Verfahren und anordnung zur ueberwachung und regelung von kristallzuechtungsprozessen

Info

Publication number: DD253437A1
Application number: DD29543686A
Authority: DD
Inventors: Werner Geil; Roland Gruetze; Wolfgang Heinemann; Frank Reinhardt; Gerd Roscher; Klaus Schmugge; Fritz Stiehler; Manfred Vogel
Original assignee: Freiberg Spurenmetalle Veb
Priority date: 1986-10-22
Filing date: 1986-10-22
Publication date: 1988-01-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Ueberwachung und Regelung von Kristallzuechtungsprozessen, insbesondere von Siliciumeinkristallzuechtungsprozessen. Erfindungsgemaess wird die von einem aus einer Schmelze wachsenden Kristall und die von der Schmelze selbst emittierte Temperturstrahlung mittels Photosensoren in Differenzsignale umgewandelt und die so ermittelte Temperaturverteilung mit der fuer den Kristallzuechtungsprozess typischen Temperaturverteilung ueber einen Prozessrechner in Uebereinstimmung gebracht. Zur Durchfuehrung des Verfahrens sind in einem optischen Abbildungssystem mindestens zwei Photosensoren auf einer Geraden, die senkrecht oder in einem Winkel zwischen 0 und 90 zur Erstarrungsfront des Kristalls steht, angeordnet.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Überwachung und Regelung von Kristallzüchtungsprozessen, insbesondere von Siliciumeinkristallzüchtungsprozessen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bekannt, zur Überwachung und Regelung von Kristallzüchtungsprozessen die Oberfläche der Schmelze und/oder die Erstarrungsfront mit einer Fernsehkamera zu erfassen. Des weiteren ist ein Verfahren zur Überwachung, Steuerung und Regelung von Kristallzüchtungsprozessen bekannt, wobei mit Hilfe der Thermografie ein im wachsenden Kristall bestehendes Temperaturfeld mit einem experimentell bzw. rechnerisch ermittelten Temperaturfeld in Übereinstimmung gebracht wird. Die von der Kristalloberfläche und der Schmelzzone ausgehende Wärmestrahlung wird über optische Mittel auf infrarotempfindliche Wandler, z. 8. auf die Fotohalbleiterschicht einer infrarotempfindlichen Bildaufnahmeröhre übertragen und in elektrische Bildsignale umgeformt. In einem speziellen Steuergerät werden Isothermensignale erzeugt, die die bildliche Darstellung von Isothermen der Kristalloberfläche auf einem Bildschreiber und somit die Ableitung von Korrektursignalen für den Züchtungsprozeß gestatten (DD-WP 161231). Nachteilig bei diesem Verfahren ist die komplizierte konstruktive Anordnung zur Durchführung des Verfahrens, so daß die Temperaturverteilung in unmittelbarer Nähe der Erstarrungsfront des Kristalls nicht mit der Genauigkeit ermittelt werden kann, die notwendig ist, um die durch die Änderungen der Züchtungsparameter bedingten Temperaturänderungen entsprechend genau darzustellen. Demzufolge ist auch die Regelung des Züchtungsprozesses nicht umfassend durchführbar.

Weitere Nachteile der bekannten Verfahren bestehen darin, daß aus der Abbildung der Schmelzzone bzw. der Erstarrungsfront lediglich geometrische Parameter abgeleitet und zur Regelung des Kristallzüchtungsprozesses verwendet werden und daß die auf dem Kristall gezeichneten Isothermen, besonders in der Nähe der Phasengrenze, durch ihre eigene Ausdehnung in Wachstumsrichtung die Temperaturunterschiede nicht mehr darstellen, weil die Differenzen zu klein sind und damit die Auflösung und Stabilität dieses Verfahrens zu gering ist.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren und eine Anordnung zur Überwachung und Regelung von Kristallzüchtungsprozessen, die eine genaue Ermittlung des Temperaturfeldes in der Nähe der Erstarrungsfront des Kristalls gewährleisten und eine umfassende Regelung des Züchtungsprozesses gestatten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Anordnung zu entwickeln zur Überwachung und Regelung von Kristallzüchtungsprozessen, insbesondere zur Züchtung von Siliciumeinkristallen, wobei die Temperaturverteilung sowie deren Veränderungen in der Nähe der Erstarrungsfront des Kristalls meßtechnisch so erfaßt werden, daß eine entsprechende Korrektur nach dem Vergleich mit einer für den jeweiligen Kristallzüchtungsvorgang typischen Temperaturverteilung erfolgen kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die von einem aus einer Schmelze wachsenden Kristall, insbesondere einem Siliciumeinkristall, und die von der Schmelze selbst emittierte Wärmestrahlung mittels einer linien- oder flächenhaften Photosensorenanordnung, die sich in einem optischen Abbildungssystem befindet und aus mindestens zwei räumlich getrennten Einzelelementen besteht, abgetastet wird, wobei Differenzsignale entstehen, deren Größe proportional der Temperaturänderung in dem begrenzten Bereich ist, und damit Temperaturverteilungen ermittelt werden, die mit der vorgegebenen Temperaturverteilung ständig in Übereinstimmung gebracht werden.

Die Anordnung der Photosensoren in der Bildebene erfolgt auf einer Geraden, die senkrecht oder in einem Winkel zwischen 0° und 90° zur Erstarrungsfront des Kristalls steht. Die Photosensoren sind untereinander beliebig verschiebbar. Als Photosensoren werden Photodiodenzeilen verwendet.

Die Erfindung wird anhand eines Beispiels und einer Zeichnung näher erläutert.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung bestehend aus der Linse 3, Photosensoren 4.1, 4.2,4.3,4.4 und 4.5, dem Verstärker 5, dem Multiplexer 6, dem Analog-Digital-Wandler 7 und dem Prozeßrechner 8.

Die emittierte Wärmestrahlung des Siliciumeinkristallsi und der Schmelze 2 wird über das optische Abbildungssystem 3 auf die infrarotempfindlichen Photosensoren 4.1 bis 4.5, die in der Bildebene 4 angeordnet sind, übertragen. Die Signalströme der Photosensoren werden mittels Verstärker 5 in verarbeitbare Signalspannungen verstärkt. Der Zeitmultiplexer 6 führt diese Signalspannungen über den Analog-Digital-Wandler 7 dem Prozeßrechner 8 zu. Der Rechner 8 ermöglicht die Korrektur des nichtlinearen Zusammenhangs zwischen Temperatur und Größe des elektrischen Signals, so daß jedem Signalwert eine reale Temperatur entspricht.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die Anordnung der Photosensoren die relevanten Meßorte an der Oberfläche des Kristalls und/oder der Schmelze erfaßt werden. Darüber hinaus gestattet die Anordnung der Photosensoren auch das gleichzeitige Abtasten einer homogen emittierenden Linie in einem zu untersuchenden Temperaturgebiet. Dadurch ist es möglich, die Empfindlichkeit der Photosensorelemente sehr genau abzugleichen.

Insgesamt wird mit der Erfindung eine hohe Auflösung und Stabilität der Meßwerte erzielt und dadurch eine exakte Regelung des Kristallzüchtungsprozesses durchführbar.

Claims

1. Verfahren zur Überwachung und Regelung von Kristallzüchtungsprozessen, insbesondere von Siliciumeinkristallzüchtungsprozessen, wobei ein Ist-Wert erfaßt und mit einem Sollwert verglichen wird und über einen Rechner in Übereinstimmung gebracht wird, gekennzeichnet dadurch, daß die von einem aus einer Schmelze (2) wachsenden Kristall (1) und die von der Schmelze (2) selbst emittierte Temperaturstrahlung mittels mindestens zweier räumlich getrennter Photosensoren (4.1, 4.2) in Differenzsignale, deren Größe proportional der Temperaturänderung in dem jeweils begrenzten Bereich ist, umgewandelt wird.

2. Anordnung zur Überwachung und Regelung von Kristallzüchtungsprozessen, gekennzeichnet dadurch, daß in einem optischen Abbildungssystem (3) mindestens zwei Photosensoren (4.1,4.2) auf einer Geraden, die senkrecht oder in einem Winkel zwischen 0° und 90°zur Erstarrungsfront des Kristalls (1) steht, angeordnet sind.

3. Anordnung nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Photosensoren (4.1,4.2) untereinander beliebig verschiebbar angeordnet sind.

4. Anordnung nach Punkt 2 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß als Photosensoren (4.1, 4.2) Photodiodenzellen verwendet werden.