DD258427A1

DD258427A1 - Verfahren und anordnung zur ueberwachung und regelung von kristallzuechtungsprozessen

Info

Publication number: DD258427A1
Application number: DD30081787A
Authority: DD
Inventors: Werner Geil; Wolfgang Heinemann; Roland Gruetze; Frank Reinhardt; Klaus Schmugge; Fritz Stiehler; Elke Bormann
Original assignee: Freiberg Spurenmetalle Veb
Priority date: 1987-03-16
Filing date: 1987-03-16
Publication date: 1988-07-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Ueberwachung und Regelung von Kristallzuechtungsprozessen. Erfindungsgemaess wird die von einem aus einer Schmelze wachsenden Kristall und die von der Schmelze selbst emittierte Temperaturstrahlung ueber ein optisches Abbildungssystem mittels pendelnden Photosensors erfasst und in ein Wechselsignal umgewandelt. Sensor und Abbildungssystem sind unabhaengig voneinander bewegbar und ermoeglichen die Abtastung mehrerer raeumlich getrennter Bildpunkte.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

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

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 gebrächt wird. Die von der Kristalloberfläche und der Schmelzzone ausgehende Wärmestrahlung wird über optische Mittel auf infrarotempfindliche Wandler, zum Beispiel 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

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zu entwickeln zur Überwachung und Regelung von Kristallzüchtungsprozessen, insbesondere von Prozessen der Siliciumeinkristallzüchtung, wobei die Temperaturverteilung sowie deren Veränderungen in der Nähe der Erstarrungsfront des Kristalls meßtechnisch erfaßt und mit einer für den jeweiligen Kristallzüchtungsvorgang typischen Temperaturverteilung verglichen werden. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch

gelöst, daß abwechselnd zwei räumlich getrennte Bildpunkte abgetastet werden und ein Wechselsignal erzeugt wird, dessen Größe der Temperaturdifferenz in dem jeweiligen begrenzten Gebiet entspricht. Durch Überlagerung einer weiteren Bewegung wird die Verteilung der Temperaturgradienten in dem durch die überlagerte Bewegung begrenzten Bereich ermittelt. Zur Durchführung des Verfahrens ist eine Anordnung vorgesehen, die einen punktförmigen Photosensor und ein Abbildungssystem aufweist, wobei der Sensor und das Abbildungssystem unabhängig voneinander bewegbar sind und der Sensor periodisch oszilliert. Darüber hinaus ist ein sich veränderndes lichtbrechendes Medium, zum Beispiel ein schwingender Spiegel, vorgesehen.

Der sich in der Bildebene befindende Photosensor oszilliert periodisch, vorzugsweise in Wachstumsrichtung des Kristalls. Dabei wird ein Wechselsignal erzeugt, das aus einem unteren und einem oberen Grenzwert besteht. Die Größe des Wechselsignals entspricht der Temperaturdifferenz der erfaßten Grenzwerte. Wird das Abbildungssystem mit dem Photosensor entlang einer Meßstrecke am Objekt geführt, so läßt sich die Gradientenfunktion der Temperatur ermitteln. Durch Integration der Gradientenfunktion resultiert die Temperaturverteilung entlang der Meßstrecke. Der Temperaturgradient und die Temperaturverteilung werden mit einer vorgegebenen Führungsgröße, die für den betreffenden Kristallzüchtungsprozeß typisch ist, fortwährend in Übereinstimmung gebracht.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird anhand eines Beispiels und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1: zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung.

Sie besteht aus dem optischen Abbildungssystem 3, der Bildebene 4 und dem Photosensor 6. Fig. 2: sieht zusätzlich einen Schwingspiegel? vor.

Die Temperaturstrahlung des Kristalls 1 und der Schmelze 2 wird über ein optisches Abbildungssystem 3 auf einen in der Bildebene 4 befindlichen punktförmigen Photosensor 6, der in der Wachstumsrichtung des Kristalls periodisch um einen konstanten Betrag pendelt, übertragen. Der Photosensor 6 liefert dann ein Signal, das der mittleren Temperatur im periodisch abgetasteten Temperaturbereich entspricht. Mit dem Photosensor 6 wird genau ein Bildpunkt 5 gemessen. Um weitere Meßpunkte 5 zu erfassen, wird die Lage des Sensors 6 durch mechanische oder elektromechanisch^ Bewegung verändert oder eine Bildüberlagerung durch die Bewegung des Sensors 6 und des optischen Abbildungssystems 3 erzeugt. Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung, wonach die Übertragung der Bildpunkte 5 mittels eines schwingenden Spiegels 7 erfolgt. Die Verwendung eines pendelnden Photosensors hat den Vorteil, daß bei einem Einblick in den Rezipienten unter ungünstigem Winkel, wie zum Beispiel beim Züchten von Einkristallen nach dem Czochralskiverfahren, mehrere Meßpunkte an der Oberfläche des Kristalls und/oder der Schmelze erfaßt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet, kleinste Temperaturdifferenzen mit großer Genauigkeit und Stabilität zu ermitteln und räumlich sehr eng beieinanderliegende Gebiete aufzulösen. Veränderungen im abgetasteten Oberflächengebiet des Kristalls sind sofort erkennbar und entsprechend regelbar.

Claims

1. Verfahren zur Überwachung und Regelung von Kristallzüchtungsprozessen, insbesondere von Siliciumeinkristallzüchtungsprozessen, wobei ein Istwert erfaßt und mit einem Sollwert verglichen wird und mittels Rechners 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 mit Hilfe eines punktförmigen Photosensors (6) abwechselnd an zwei räumlich getrennten Bildpunkten (5) abgetastet wird und in ein Wechselsignal umgewandelt wird, dessen Größe der Temperaturdifferenz in dem jeweils begrenzten Bereich entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß durch Überlagerung einer weiteren Bewegung, zum Beispiel des Abbildungssystems (3), die Verteilung der Temperaturgradienten in dem durch die überlagerte Bewegung begrenzten Bereich ermittelt wird.

3. Anordnung zur Überwachung und Regelung von Kristallzüchtungsprozessen unter Verwendung eines punktförmigen Photosensors und eines optischen Abbildungssystems, gekennzeichnet dadurch, daß der Photosensor (6) bewegbar angeordnet und das Abbildungssystem (3) unabhängig vom Photosensor (6) bewegbar ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Photosensor (6) periodisch oszilliert.

5. "Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß in der Bildebene (4) ein bewegbares lichtbrechendes Medium (7) vorgesehen ist.