DE102021210073A1

DE102021210073A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung defektfreier monokristalliner siliziumkristalle

Info

Publication number: DE102021210073A1
Application number: DE102021210073.2A
Authority: DE
Inventors: Keiichi Takanashi; Ippei SHIMOZAKI
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2020-09-29
Filing date: 2021-09-13
Publication date: 2022-03-31
Also published as: US20220098757A1; JP7452505B2; TWI802023B; KR20220043883A; CN114318511A; US11618971B2; TW202223174A; US20230228000A1; KR102592887B1; JP2022058333A

Abstract

Eine Kristallziehvorrichtung umfasst eine Ziehanordnung zum Ziehen eines Kristalls aus einer Siliziumschmelze mit einer Ziehgeschwindigkeit; einen Tiegel, der die Siliziumschmelze enthält; einen Hitzeschild über einer Oberfläche der Siliziumschmelze; eine Hebevorrichtung zum Ändern eines Spalts zwischen dem Hitzeschild und der Oberfläche der Siliziumschmelze; und eine oder mehrere Rechenvorrichtungen zum Bestimmen einer Anpassung des Spalts unter Verwendung einer Pv-Pi-Spanne bei einer gegebenen Länge des Kristalls als Reaktion auf eine Änderung der Ziehgeschwindigkeit. Das computerimplementierte Verfahren durch eine Rechenvorrichtung umfasst das Bestimmen eines Ziehgeschwindigkeits-Befehlssignals, um einen Durchmesser des Kristalls zu steuern; das Bestimmen eines Heber-Befehlssignals, um einen Spalt zwischen einem Hitzeschild und einer Oberfläche einer Siliziumschmelze, aus der der Kristall gezüchtet wird, zu steuern; und das Bestimmen einer Anpassung an den Spalt als Reaktion auf eine unterschiedliche Ziehgeschwindigkeit unter Verwendung einer Pv-Pi-Spanne.

Description

HINTERGRUND
Das Czochralski (CZ)-Verfahren wurde entwickelt, um monokristalline oder einkristalline Materialien herzustellen. Eine der wichtigsten Anwendungen des CZ-Verfahrens in der modernen Computerwelt ist die Züchtung eines einkristallinen Siliziumkristalls, der in Siliziumscheiben für die Herstellung von Halbleiterschaltungen geschnitten wird. Kurz beschrieben, beinhaltet das CZ-Verfahren das Schmelzen einer Charge polykristallinen Siliziums in einem Quarztiegel und das Ziehen eines Kristallkeims von der Oberfläche der Siliziumschmelze durch Rotation. Während der Kristallkeim aus der Siliziumschmelze gezogen wird, wächst einkristallines Silizium aus dem Kristallkeim und bildet einen zylindrischen Kristall. Mit dem modernen CZ-Verfahren können Siliziumkristalle mit Durchmessern von 450 mm oder mehr hergestellt werden.
Ein typischer Siliziumkristall 100, wie er in 1 dargestellt ist, hat eine Schulter 102, die zu Beginn des Prozesses gebildet wird und mit dem Kristallkeim verbunden ist, einen Körper 104, der sich bis zu 2 Meter oder mehr lang erstrecken kann, und das Ende 106, das sich am Ende des Prozesses bildet. Für die kommerzielle Anwendung und die Produktionsausbeute ist es wichtig, einen Kristall mit einem einheitlichen Durchmesser im Körper zu züchten. Der Fachmann weiß, dass eine Erhöhung der Ziehgeschwindigkeit des Kristallkeims zu einer Verringerung des Durchmessers des Kristalls führt, und dass eine Verringerung der Ziehgeschwindigkeit zu einer Vergrößerung des Durchmessers führt. Eine präzise Steuerung des Durchmessers eines Siliziumkristalls erfordert jedoch häufig ein ausgeklügeltes Regelungssystem, das neben der Ziehgeschwindigkeit weitere Faktoren berücksichtigt.
ZUSAMMENFASSUNG
In einer Ausführungsform umfasst eine Kristallziehvorrichtung eine Ziehanordnung zum Ziehen eines Kristalls aus einer Siliziumschmelze mit einer Ziehgeschwindigkeit; einen Tiegel, der die Siliziumschmelze enthält; einen Hitzeschild über einer Oberfläche der Siliziumschmelze; einen Heber zum Ändern eines Spalts zwischen dem Hitzeschild und der Oberfläche der Siliziumschmelze; und eine oder mehrere Rechenvorrichtungen zum Bestimmen einer Anpassung des Spalts unter Verwendung einer Pv-Pi-Spanne bei einer gegebenen Länge des Kristalls als Reaktion auf eine Änderung der Ziehgeschwindigkeit.
In einer Ausführungsform umfasst die Pv-Pi-Spanne eine erste Grenze für einen Pv-Bereich und eine zweite Grenze für einen Pi-Bereich.
In einer Ausführungsform umfasst die Pv-Pi-Spanne außerdem einen mittleren Rand auf halbem Weg zwischen der ersten Grenze und der zweiten Grenze.
In einer Ausführungsform bestimmen die eine oder die mehreren Rechenvorrichtungen die Anpassung an den Spalt unter Verwendung des mittleren Randes.
In einer Ausführungsform entspricht die Ziehgeschwindigkeit einer Kristallwachstumsrate (v) eines Voronkov-Verhältnisses (v/G) und der Spalt stellt einen Temperaturgradientenwert (G) des Voronkov-Verhältnisses (v/G) dar.
In einer Ausführungsform halten eine oder mehrere Recheneinrichtungen das Voronkov-Verhältnis auf einem gewünschten Wert, indem sie den Spalt als Reaktion auf eine Änderung der Ziehgeschwindigkeit anpassen.
In einer Ausführungsform umfasst eine Kristallziehvorrichtung eine Ziehanordnung zum Ziehen eines Kristalls mit einem gewünschten Durchmesser aus einer Siliziumschmelze in Übereinstimmung mit einem Ziehgeschwindigkeitsprofil, das Ziehgeschwindigkeitswerte liefert; einen Tiegel, der die Siliziumschmelze enthält; einen Hitzeschild über einer Oberfläche der Siliziumschmelze; einen Heber unter dem Tiegel, der den Tiegel vertikal bewegt, um einen Spalt zwischen dem Hitzeschild und der Oberfläche der Siliziumschmelze in Übereinstimmung mit einem Spaltprofil zu steuern, das Spaltwerte liefert; eine Messvorrichtung zum Messen eines tatsächlichen Durchmessers des Kristallrohlings; und eine oder mehrere Rechenvorrichtungen, die einen Ziehgeschwindigkeitswert ändern, um eine andere Ziehgeschwindigkeit bereitzustellen, um den tatsächlichen Durchmesser des Kristallrohlings auf dem gewünschten Durchmesser zu halten, und die als Reaktion auf die unterschiedliche Ziehgeschwindigkeit einen Spaltwert weiter anpassen, um eine Spaltanpassung unter Verwendung einer Pv-Pi-Spanne bereitzustellen.
In einer Ausführungsform umfasst die Pv-Pi-Spanne eine erste Grenze für einen Pv-Bereich und eine zweite Grenze für einen Pi-Bereich.
In einer Ausführungsform umfasst die Pv-Pi-Spanne außerdem einen mittleren Rand auf halbem Weg zwischen der ersten Grenze und der zweiten Grenze.
In einer Ausführungsform bestimmen die eine oder mehrere Rechenvorrichtungen die Spaltanpassung unter Verwendung des mittleren Randes.
In einer Ausführungsform entspricht jeder der Ziehgeschwindigkeitswerte des Ziehgeschwindigkeitsprofils einer Kristallwachstumsrate (v) eines Voronkov-Verhältnisses (v/G) und jeder der Spaltwerte des Spaltprofils stellt einen Temperaturgradientenwert (G) des Voronkov-Verhältnisses (v/G) dar.
In einer Ausführungsform halten eine oder mehrere Rechenvorrichtungen das Voronkov-Verhältnis auf einem gewünschten Wert, indem sie den Spaltwert in Reaktion auf eine Änderung des Ziehgeschwindigkeitswertes anpassen.
In einer Ausführungsform führen die eine oder die mehreren Rechenvorrichtungen eine aktive Temperaturgradientensteuerung unter Verwendung des mittleren Randes, des Ziehgeschwindigkeitsprofils und des Spaltprofils durch.
In einer Ausführungsform bestimmt die aktive Temperaturgradientensteuerung die Spaltanpassung auf der Grundlage der unterschiedlichen Ziehgeschwindigkeit und unter Verwendung des mittleren Randes, des Ziehgeschwindigkeitsprofils und des Spaltprofils.
In einer Ausführungsform bewegt der Heber den Tiegel vertikal.
In einer Ausführungsform ein computerimplementiertes Verfahren zum Züchten eines Kristalls, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen eines Ziehgeschwindigkeits-Befehlssignals durch eine Rechenvorrichtung, um einen Durchmesser des Kristalls zu steuern; Bestimmen eines Heber-Befehlssignals durch die Rechenvorrichtung, um einen Spalt zwischen einem Hitzeschild und einer Oberfläche einer Siliziumschmelze, aus der der Kristall gezüchtet wird, zu steuern; und Bestimmen einer Anpassung des Spalts durch die Rechenvorrichtung als Reaktion auf eine unterschiedliche Ziehgeschwindigkeit unter Verwendung einer Pv-Pi-Spanne.
In einer Ausführungsform basiert ein Zielspalt auf vorbestimmten Funktionen der Ziehgeschwindigkeit gegenüber dem Spalt bei verschiedenen Kristalllängen, wobei die vorbestimmten Funktionen innerhalb der Pv-Pi-Spanne liegen, die einen Bereich akzeptabler Verhältnisse von v/G zum Züchten des Kristalls im Wesentlichen ohne Defekte definiert, wobei v eine Ziehgeschwindigkeit des Kristalls und G ein Temperaturgradient einer Fest-Flüssig-Grenzfläche des Kristalls ist.
In einer Ausführungsform basiert das Heber-Befehlssignal auf einem Vergleich einer Spaltmessung mit dem Zielspalt.
In einer Ausführungsform basiert das Ziehgeschwindigkeits-Befehlssignal auf einem Vergleich eines gemessenen Durchmessers des Kristalls mit einem Durchmesserprofilwert, der einen Ziehgeschwindigkeitskorrekturwert liefert, und das Ziehgeschwindigkeits-Befehlssignal basiert auf einem Vergleich des Ziehgeschwindigkeitskorrekturwertes mit einem Ziehgeschwindigkeitsprofilwert.
In einer Ausführungsform wird der Durchmesserprofilwert auf der Grundlage einer Funktion des Kristalldurchmessers gegenüber der Kristalllänge bestimmt, und das Ziehgeschwindigkeitsprofil wird auf der Grundlage einer Funktion der Ziehgeschwindigkeit gegenüber der Kristalllänge bestimmt.
In einer Ausführungsform wird das Ziehgeschwindigkeits-Befehlssignal zur Berechnung des Zielspalts verwendet.
Diese Zusammenfassung dient dazu, eine Auswahl von Konzepten in vereinfachter Form vorzustellen, die weiter unten in der detaillierten Beschreibung beschrieben werden. Diese Zusammenfassung soll nicht dazu dienen, Schlüsselmerkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, und sie soll auch nicht als Hilfe bei der Bestimmung des Umfangs des beanspruchten Gegenstands dienen.
Wenn in dieser Beschreibung auf ein „Beispiel“ oder „Ausführungsform“ oder „eine Ausführungsform“ Bezug genommen wird, bedeutet dies, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft in mindestens einem Beispiel oder einer Ausführungsform enthalten ist. Daher beziehen sich die Ausdrücke „in einem Beispiel“ oder „in der Ausführungsform“ oder „in einer Ausführungsform“ nicht unbedingt alle auf dasselbe Beispiel oder dieselbe Ausführungsform. Darüber hinaus können die einzelnen Merkmale, Strukturen oder Eigenschaften in einem oder mehreren Beispielen oder Ausführungsformen auf jede geeignete Weise kombiniert werden.
Figurenliste
Die vorgenannten Aspekte und viele der damit verbundenen Vorteile dieser Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verstanden, wobei:

1 ist eine repräsentative Form eines Kristalls;
2 ist eine Darstellung von Defektbereichen und defektfreien Bereichen eines Kristalls als Funktion des Voronkov-Verhältnisses (v/G);
3 ist eine schematische Darstellung eines Kristallziehgeräts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
4 ist eine schematische Darstellung einer Rechenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
5 ist eine schematische Darstellung einer Rechenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
6 ist ein Diagramm eines Prozessregelkreises gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
7 ist ein Diagramm, das verschiedene Profile als Funktion der Kristalllänge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
8 ist ein Diagramm eines aktiven Temperaturgradientenregelkreises gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
9 ist ein Diagramm, das ein Mittenrandprofil als Funktion der Ziehgeschwindigkeit und des Spalts sowie einen oberen und unteren Grenzbereich als Funktion der Ziehgeschwindigkeit und des Spalts zeigt, die akzeptable Bereiche der Pv-Pi-Spanne definieren;
10 ist ein Flussdiagramm eines computerimplementierten Verfahrens zur Bestimmung eines Zielspalts zwischen Hitzeschild und einer Fest-Flüssig-Grenzfläche;
11A ist ein repräsentatives Diagramm, das die Schwankungen der tatsächlichen Ziehgeschwindigkeit im Vergleich zum Geschwindigkeitsbefehlssignal zeigt;
11B ist ein repräsentatives Diagramm, das die Beziehung von v/G als Funktion des Abstands von einem Kristallzentrum zeigt;
11C ist ein repräsentatives Diagramm, das die Änderung des Verhältnisses von 11 B zeigt, wenn der Spalt geändert wird;
11D ist ein repräsentatives Diagramm, das das Verhältnis von v/G als Funktion des Abstands von einem Kristallzentrum zeigt;
11E ist ein repräsentatives Diagramm, das die Änderung des Verhältnisses von 11D zeigt, wenn der Spalt geändert wird; und
12 zeigt einen Vergleich des Streuverlustes zwischen einem Simulationsergebnis einer Ausführungsform der Erfindung und einem Vergleichsbeispiel.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Konventionell zielt das CZ-Verfahren darauf ab, den Durchmesser des Siliziumkristalls durch Einstellen der Ziehgeschwindigkeit und der Temperatur der Siliziumschmelze im Tiegel beizubehalten. Es ist jedoch bekannt, dass sich Variationen der Ziehgeschwindigkeit, die zur Kontrolle des Kristalldurchmessers durchgeführt werden, negativ auf die Defektverteilung im Kristall auswirken. Es ist auch bekannt, dass sich Variationen der Ziehgeschwindigkeit negativ auf die morphologische Stabilität während des Wachstums von stark dotierten Kristallen auswirken. Voronkov wies darauf hin, dass die Defektverteilungen beim Einwachsen eine Funktion des Verhältnisses (v/G), des so genannten Voronkov-Verhältnisses, zwischen der Wachstumsrate (oder Kristallziehgeschwindigkeit) v (mm/min) und dem axialen Temperaturgradienten G (Celsius/mm) an der Fest-Flüssig-Grenzfläche 350 sind ( 3). Siehe V.V. Voronkov, J. Crystal Growth, 1982, 59, 625.
2 ist ein vertikaler Querschnitt eines einkristallinen Siliziumkristalls (im Folgenden „Kristall“, „Einkristall“, „Siliziumkristall“, „Barren“, „Kristallbarren“ oder „Siliziumbarren“) 200, der die Arten von Wachstumsdefekten und ihre Verteilungen veranschaulicht. 2 veranschaulicht die Auswirkungen auf das Kristallwachstum bei allmählicher Verringerung der Ziehgeschwindigkeit v und damit des Voronkov-Verhältnisses.
Wenn das Voronkov-Verhältnis (v/G) groß ist, entsteht im Kristall eine Anhäufung von Leerstellen (oder Leerstandsdefekten), die als COPs (Crystal-Originated-Particles) bezeichnet werden. COPs sind kristallografische Defekte, das heißt Gitterplätze, die in einem perfekten Kristall von Siliziumatomen besetzt wären, aber nicht vorhanden sind. Ist das Voronkov-Verhältnis hingegen klein, bilden sich im Kristall Versetzungscluster, die als L/DLs (large dislocation loops) bezeichnet werden. Versetzungscluster sind eine Anhäufung von interstitiellem Silizium, das übermäßig zwischen den Kristallgittern eingebaut ist. L/DLs stellen auch kristallografische Defekte dar, die durch interstitielle Defekte von Siliziumatomen verursacht werden, die Stellen in der Kristallstruktur besetzen, an denen sich normalerweise kein Atom befindet. Oxidationsinduzierte Stapelfehler (OSF) sind schädliche, wiederkehrende Defekte, die entlang des mit der CZ-Methode gewonnenen Siliziumkristalls auftreten. COPs, L/DLs und OSFs können die Leistung von integrierten Halbleiterbauelementen beeinträchtigen, die aus Wafern hergestellt werden, die aus solchen Siliziumkristallen mit Defekten geschnitten wurden.
Andererseits enthält der Kristall 200 zwischen dem OSF-Bereich und dem L/DL-Bereich einen Bereich zur Förderung der Sauerstoffausscheidung oder einen Vakanz-Punktdefekt-Bereich (Pv-Bereich) und einen Bereich zur Unterdrückung der Sauerstoffausscheidung oder einen interstitiellen Punktdefekt-Bereich (Pi-Bereich). In den Pv- und Pi-Regionen gibt es keine COPs und L/DLs. Der Pv-Bereich gilt als defektfreier Bereich, in dem Punktdefekte vom Typ Vakanz vorherrschen, und der Pi-Bereich gilt als defektfreier Bereich, in dem Punktdefekte vom Typ interstitielles Silizium vorherrschen. Die Punktdefekte werden aufgrund ihrer Größe als nicht defekt angesehen, da sie die Leistung eines Bauelements, das aus einem aus einem Siliziumkristall geschnittenen Wafer hergestellt wird, nicht beeinträchtigen. Der Schlüssel zur Herstellung eines defektfreien Siliziumkristalls und daraus hergestellter Wafer besteht also darin, das Voronkov-Verhältnis (v/G) innerhalb der Pv- und Pi-Regionen, das als Pv-Pi-Spanne bezeichnet wird und in 2 durch die Grenzen A und B dargestellt ist, während des Wachstums des Siliziumkristalls beizubehalten.
Gemäß dieser Offenbarung stellen computerimplementierte Verfahren und das System ein Verfahren zum Züchten eines Kristalls mit einem im Wesentlichen konstanten Durchmesser im Körper (104, 1) bereit, indem die Ziehgeschwindigkeit (v) und der Temperaturgradient (G) gesteuert werden, um das Voronkov-Verhältnis (v/G) innerhalb der Pv-Pi-Spanne zu halten und dadurch fehlerfreie Wafer zu erhalten.
Gemäß den Ausführungsformen dieser Offenbarung wird ein Hitzeschild über der Siliziumschmelze verwendet, um den Temperaturgradienten an der Fest-Flüssig-Grenzfläche zu steuern. Insbesondere kann der Abstand (das heißt der Spalt oder Spaltabstand) zwischen dem Boden des Hitzeschilds und der Siliziumschmelze variiert werden, um die Menge des Wärmestroms zu steuern, der den axialen Temperaturgradienten des Kristalls an der Fest-Flüssig-Grenzfläche beeinflusst. Daher wird in dieser Offenlegung die Steuerung des Spalts als Steuerung des Temperaturgradienten des Kristalls an der Fest-Flüssig-Grenzfläche bezeichnet.
I. ZIEHVORRICHTUNG
3 zeigt ein repräsentatives Beispiel für eine CZ-Kristall-Puller-Vorrichtung 300 (oder Puller), die zur Umsetzung der Systeme und Verfahren der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann. Die abgebildete Ziehvorrichtung 300 ist eine vereinfachte schematische Darstellung, bei der auf die Abbildung einiger Komponenten einer herkömmlichen Ziehvorrichtung verzichtet wird, da ihre Einbeziehung nur einige Aspekte der Offenbarung verschleiern würde und ihre Auslassung das Verständnis nicht verhindert. Puller werden im Allgemeinen für die Züchtung von Siliziumkristallen nach dem Czochralski-Verfahren verwendet.
In einer Ausführungsform umfasst der Puller 300 ein Außengehäuse 302, das zur Durchführung der Kristallzüchtung in einer inerten Atmosphäre, wie beispielsweise Argon, verwendet werden kann. In einer Ausführungsform umfasst die Ziehvorrichtung 300 einen Quarztiegel 304 zur Aufnahme der Siliziumschmelze 306. In einer Ausführungsform ist der Quarztiegel 304 ein schalenförmiger Behälter mit einer aufrechten rohrförmigen Wand mit einem geschlossenen Boden und einer offenen Oberseite.
In einer Ausführungsform ist der Quarzglastiegel 304 in einem Kohlenstofftiegel 308 untergebracht. Der Kohlenstofftiegel hat wie der Quarztiegel 304 eine rohrförmige Wand, einen geschlossenen Boden und eine offene Oberseite. Der Innendurchmesser des Kohlenstofftiegels 308 ist gleich oder etwas größer als der Außendurchmesser des Quarztiegels 304, und der geschlossene Boden des Quarztiegels 304 liegt auf dem geschlossenen Boden des Kohlenstofftiegels 308 auf.
In einer Ausführungsform ruht der Kohlenstofftiegel 308 auf dem Ende einer Antriebswelle 310. Ein Heber 312 treibt die Antriebswelle 310 an, um den Kohlenstofftiegel 308 und damit auch den Quarztiegel 304 zu drehen und vertikal zu bewegen. Der Heber 312 kann aus einem elektrischen Servomotor bestehen, dessen Welle mit einem Untersetzungsgetriebe verbunden ist, das wiederum mit der Antriebswelle 310 verbunden ist. Der Elektromotor kann einen Antrieb mit variabler Frequenz haben, um die Geschwindigkeit des Anhebens des Kohlenstofftiegels 308 und die Richtung des Anhebens oder Absenkens des Kohlenstofftiegels 308 zu steuern. In anderen Ausführungsformen kann der Heber 312 anders konfiguriert sein, um einen alternativen Mechanismus zum Anheben des Quarztiegels bereitzustellen.
Die Ziehvorrichtung 300 umfasst eine Kohleheizung 314, die den Kohletiegel 308 umgibt und dazu dient, den Quarztiegel 304 mit Wärme zu versorgen, um die Temperatur der Siliziumschmelze 306 im Quarztiegel 304 zu steuern.
In einer Ausführungsform befindet sich ein röhrenförmiger Strahlungshitzeschild 316 über der Siliziumschmelze 306. In einer Ausführungsform reduziert der Hitzeschild 316 die Wärmemenge, die den Kristall 318 erreicht. In einer Ausführungsform kann der Hitzeschild 316 aus Metall, Graphit, Keramik oder anderen Materialien bestehen, und die Dicke kann je nach Material variieren.
In einer Ausführungsform hat der Hitzeschild 316 einen flachen ringförmigen Abschnitt 320 direkt über und im Allgemeinen parallel zur Siliziumschmelze 306. Der ringförmige flache Abschnitt 320 hat in der Mitte eine Öffnung 348, durch die der Kristall 318 gezogen werden kann. Der Außendurchmesser des flachen ringförmigen Abschnitts 320 ist mit einem rohrförmigen Abschnitt 322 mit konstantem Durchmesser verbunden. Der Außendurchmesser des rohrförmigen Abschnitts 322 ist kleiner als der Innendurchmesser des Quarztiegels 304, so dass sich die Gesamtheit des flachen ringförmigen Abschnitts 320 und ein Teil des rohrförmigen Abschnitts 322 innerhalb und unterhalb der Oberkante der oberen Öffnung des Quarztiegels 304 befinden. Der rohrförmige Abschnitt 322 endet oben in einer Verbindung mit einem zweiten ringförmigen Abschnitt 324, wobei der rohrförmige Abschnitt 322 mit dem Innendurchmesser der Öffnung in dem zweiten ringförmigen Abschnitt 324 verbunden ist. Der Außendurchmesser des zweiten ringförmigen Abschnitts 324 ist mit einem kegelförmigen Abschnitt 326 verbunden, der letztlich an der Innenseite des Gehäuses 302 der Ziehvorrichtung 300 befestigt ist. In anderen Ausführungsformen kann der Hitzeschild anders gestaltet sein. In einer Ausführungsform kann der Hitzeschild 316 mit einem Heber zum Anheben und Absenken des Hitzeschilds 316 ausgestattet sein. Eine Hebevorrichtung für den Hitzeschild kann alternativ oder zusätzlich zu der Hebevorrichtung 312 für den Quarztiegel verwendet werden.
In einer Ausführungsform kann der vertikale Abstand (das heißt der Spalt 340) zwischen der Unterseite 342 des ersten ringförmigen Abschnitts 320 des Hitzeschilds 316 und der Schmelzoberfläche 328 durch den Heber 312 durch die vertikale Bewegung der Antriebswelle 310 und des Kohlenstofftiegels 308 eingestellt werden. Die untere Seite 342 des Hitzeschilds 316 ist die der Schmelzfläche 328 zugewandte Seite. Eine solche Einstellung des Spalts 340 verändert den Temperaturgradienten G an der Fest-Flüssig-Grenzfläche 350 des Kristalls 318 und wird gemäß dieser Offenbarung zur Steuerung des Voronkov-Verhältnisses innerhalb der Pv-Pi-Spanne verwendet.
Die Zieheinrichtung 300 umfasst eine Zieheinrichtung 334, die sich im Allgemeinen an der Oberseite des Gehäuses 302 befindet. Die Zuganordnung 334 umfasst einen Servomotor 346 mit einer Riemenscheibe, die an einem Kabel 330 befestigt ist, das vertikal nach unten verläuft und im Allgemeinen konzentrisch mit der Mitte der Öffnung 348 des ersten ringförmigen Abschnitts 320 des Hitzeschilds 316 ausgerichtet ist. Das untere Ende des Kabels 330 ist an einem Kristallkern 332 befestigt. Die Zugvorrichtung 334 zieht den Kristallkeim 332 mit Hilfe des Kabels 330 über den Servomotor 346 senkrecht nach oben aus der Siliziumschmelze 306. 3 zeigt, dass ein Kristall 318 aus dem Ende des Kristallkeims 332 wächst, wenn der Servomotor 346 an dem Kabel 330 zieht.
Die Ziehvorrichtung 300 umfasst eine optische Vorrichtung 336 (beispielsweise eine CCD-Kamera), die zur Messung des Durchmessers des Kristalls 318 durch das Fenster 338 des Außengehäuses 302 verwendet wird. Die optische Vorrichtung 336 kann auch verwendet werden, um den Spalt 340 zwischen der Unterseite 342 des Hitzeschilds 316 und der Schmelzoberfläche 328 der Siliziumschmelze 306 zu messen.
3 zeigt ein Computersystem 344, das für die Prozesssteuerung des CZ-Puller 300 konfiguriert ist. Das Computersystem 344 ist elektrisch so angeschlossen, dass es Steuersignale zumindest von der Hebevorrichtung 312, der Abziehvorrichtung 334 und der Heizung 314 sendet oder empfängt. Das Rechnersystem 344 empfängt auch Messsignale, zumindest von der optischen Vorrichtung 336, um den Durchmesser des Kristalls 318 und den Spalt 340 zu messen. Weitere Messungen können eine oder mehrere Temperaturen an einer oder mehreren Stellen des CZ-Puller 300 umfassen. Die Prozessregelkreise werden weiter unten beschrieben.
II. RECHNERSYSTEM
4 ist eine schematische Darstellung des Rechnersystems 344. In einer Ausführungsform kann das Rechensystem 344 aus einem zentralen Rechenserver oder einem Personalcomputer oder mehreren Computern 410 bestehen, die über ein Netzwerk, wie beispielsweise das Internet oder Intranet oder ein beliebiges lokales Netzwerk, verbunden sind, das die in Block 416 dargestellten Softwarekomponenten ausführt. Eine Rechenvorrichtung 410 umfasst einen oder mehrere Prozessoren, nicht übertragbare computerlesbare Medien und Netzwerkkommunikationsschnittstellen, die die Kommunikation untereinander und mit dem zentralen Rechenserver in einer verteilten Rechenumgebung ermöglichen. Das Computergerät 410 kann auch Daten über ein transitorisches, computerlesbares Medium, wie beispielsweise ein USB-Laufwerk, empfangen und übertragen.
In einer Ausführungsform umfasst das Rechensystem 344 Maschinen, die so konfiguriert sind, dass sie computerimplementierte Verfahren oder Routinen ausführen. „Engine“ bezieht sich auf Logik, die in Hardware- oder Softwareanweisungen verkörpert ist, die in einer Programmiersprache wie C, C++, COBOL, JAVA™, PHP, Perl, HTML, CSS, JavaScript, VBScript, ASPX, Microsoft .NET™, Go und/oder dergleichen geschrieben sein können. Eine Engine kann in ausführbare Programme kompiliert oder in interpretierten Programmiersprachen geschrieben werden. Software-Engines können von anderen Engines oder von sich selbst aus aufrufbar sein. Im Allgemeinen beziehen sich die hier beschriebenen Engines auf logische Module, die mit anderen Engines zusammengeführt oder in Sub-Engines unterteilt werden können. Die Engines können in jeder Art von computerlesbarem Medium oder Computerspeichergerät gespeichert und auf einem oder mehreren Allzweckcomputern gespeichert und von diesen ausgeführt werden, wodurch ein Spezialcomputer entsteht, der so konfiguriert ist, dass er die Funktionalität solcher Engines bereitstellt.
In einer Ausführungsform ist das Rechensystem 344 so konfiguriert, dass es mindestens eine Vielzahl von Prozessregelkreisen ausführt. Zu diesem Zweck kann das Computersystem 344 Folgendes umfassen: (a) eine Durchmesserkontrollmaschine 406, die so konfiguriert ist, dass sie die Ziehgeschwindigkeit des Kristalls 318 auf der Grundlage des gemessenen Durchmessers, des Durchmesserprofils und des Geschwindigkeitsprofils steuert, um den gewünschten Kristalldurchmesser zu erzeugen, (b) eine Spaltkontrollmaschine 402, die so konfiguriert ist, dass sie den Heber 312 auf der Grundlage des gemessenen Spalts und eines Zielspaltwerts vertikal steuert, und (c) eine aktive Temperaturgradienten-Steuerungsmaschine (AGC) 404, die den Zielspaltwert auf der Grundlage des Ziehgeschwindigkeits-Befehlssignals, des Ziehgeschwindigkeitsprofils, des Spaltprofils und des Randprofils berechnet, um einen gewünschten Temperaturgradientenwert (G) als Reaktion auf Änderungen der Kristallzuggeschwindigkeit (v) zu erreichen, so dass das v/G-Verhältnis innerhalb der Pv-Pi-Spanne gehalten wird. Es ist zu beachten, dass die zugrundeliegende Funktion einer aktiven Temperaturgradientensteuerung, wie sie in anderen Ausführungsformen beschrieben ist, und die einer aktiven Temperaturgradientensteuerungsmaschine (AGC) 404 in dieser Ausführungsform die gleiche ist.
Der Begriff „Datenspeicher“ bezieht sich auf jedes geeignete Gerät, das so konfiguriert ist, dass es Daten für den Zugriff durch ein Rechengerät oder eine Maschine speichert. Ein Beispiel für einen Datenspeicher ist ein hochzuverlässiges, schnelles relationales Datenbankmanagementsystem (DBMS), das auf einem oder mehreren Computergeräten ausgeführt wird und über ein Hochgeschwindigkeitsnetz zugänglich ist. Ein weiteres Beispiel für einen Datenspeicher ist ein Key-Value-Speicher. Es kann jedoch auch jede andere geeignete Speichertechnik und/oder jedes andere Gerät verwendet werden, das in der Lage ist, die gespeicherten Daten als Reaktion auf Abfragen schnell und zuverlässig bereitzustellen, und das Computergerät kann lokal statt über ein Netz zugänglich sein oder als Cloud-basierter Dienst bereitgestellt werden. Ein Datenspeicher kann auch Daten umfassen, die in organisierter Form auf einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert sind, wie beispielsweise einem Festplattenlaufwerk, einem Flash-Speicher, RAM, ROM oder einer anderen Art von computerlesbarem Speichermedium. Ein Fachmann wird erkennen, dass die hierin beschriebenen separaten Datenspeicher zu einem einzigen Datenspeicher kombiniert werden können und/oder dass ein hierin beschriebener einzelner Datenspeicher in mehrere Datenspeicher aufgeteilt werden kann, ohne dass dies vom Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung abweicht.
In einer Ausführungsform wird der Datenspeicher 408 verwendet, um Profile zu speichern, die die Werte enthalten, die zumindest für die Spaltsteuerungsmaschine 402, die Durchmessersteuerungsmaschine 406 und die AGC 404 zu verwenden sind. In einer Ausführungsform können Profile eine Funktion, Tabellen oder eine Beziehung zwischen einer Variablen und einer oder mehreren Variablen und dergleichen bedeuten. So können beispielsweise Funktionen der Ziehgeschwindigkeit im Verhältnis zur Kristalllänge, des Durchmessers im Verhältnis zur Kristalllänge, des Spalts im Verhältnis zur Kristalllänge und der Ziehgeschwindigkeit im Verhältnis zum Spalt durch experimentelle und/oder theoretische Methoden vorbestimmt und im Datenspeicher 408 gespeichert werden.
5 ist ein Blockdiagramm, das Aspekte einer beispielhaften Rechenvorrichtung 410 veranschaulicht.
In ihrer grundlegendsten Konfiguration umfasst die Rechenvorrichtung 410 mindestens einen Prozessor 502 und einen Systemspeicher 504, die über einen Kommunikationsbus 506 verbunden sind. Je nach der genauen Konfiguration und dem Typ des Computergeräts kann der Systemspeicher 504 ein flüchtiger oder nichtflüchtiger Speicher sein, beispielsweise ein Festwertspeicher („ROM“), ein dynamischer Direktzugriffsspeicher („DRAM“), EEPROM, Flash-Speicher oder eine ähnliche Speichertechnologie. Fachleute und andere Personen werden erkennen, dass der Systemspeicher 504 typischerweise Daten und/oder Programmmodule speichert, auf die der Prozessor 502 unmittelbar zugreifen kann und/oder mit denen er gerade arbeitet. Der Prozessor 502 dient als Rechenzentrum des Rechengeräts 410, indem er die Ausführung von Anweisungen unterstützt.
Wie in 5 weiter dargestellt, kann die Rechenvorrichtung 410 eine Netzwerkschnittstelle 510 enthalten, die eine oder mehrere Komponenten zur Kommunikation mit anderen Geräten über ein Netzwerk umfasst. Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können auf Basisdienste zugreifen, die die Netzwerkschnittstelle 510 nutzen, um die Kommunikation unter Verwendung gängiger Netzwerkprotokolle durchzuführen. Die Netzwerkschnittstelle 510 kann auch eine drahtlose Netzwerkschnittstelle umfassen, die so konfiguriert ist, dass sie über ein oder mehrere drahtlose Kommunikationsprotokolle wie WiFi, 2G, 3G, LTE, WiMAX, Bluetooth, Bluetooth Low Energy und/oder dergleichen kommuniziert. Wie von einem Fachmann erkannt werden kann, kann die in 5 dargestellte Netzwerkschnittstelle 510 eine oder mehrere drahtlose Schnittstellen oder physikalische Kommunikationsschnittstellen darstellen, die oben in Bezug auf bestimmte Komponenten des Computergeräts 410 beschrieben und dargestellt sind.
In der in 5 dargestellten beispielhaften Ausführungsform umfasst das Computergerät 410 auch ein Speichermedium 508. Der Zugriff auf die Dienste kann jedoch auch über ein Computergerät erfolgen, das keine Mittel zur Speicherung von Daten auf einem lokalen Speichermedium enthält. Daher kann das in 5 dargestellte Speichermedium 508 optional sein. In jedem Fall kann das Speichermedium 508 flüchtig oder nicht flüchtig, entnehmbar oder nicht entnehmbar sein und mit jeder Technologie implementiert werden, die in der Lage ist, Informationen zu speichern, wie beispielsweise eine Festplatte, ein Solid-State-Laufwerk, eine CD-ROM, eine DVD oder ein anderer Plattenspeicher, Magnetkassetten, ein Magnetband, ein Magnetplattenspeicher und/oder Ähnliches.
Wie hierin verwendet, umfasst der Begriff „computerlesbares Medium“ flüchtige und nichtflüchtige sowie entfernbare und nicht entfernbare Medien, die in einem beliebigen Verfahren oder einer Technologie implementiert sind, die in der Lage sind, Informationen zu speichern, wie beispielsweise computerlesbare Anweisungen, Datenstrukturen, Programmmodule oder andere Daten. In dieser Hinsicht sind der in 5 dargestellte Systemspeicher 504 und das Speichermedium 508 lediglich Beispiele für computerlesbare Medien.
Geeignete Implementierungen von Rechengeräten 410, die einen Prozessor 502, einen Systemspeicher 504, einen Kommunikationsbus 506, ein Speichermedium 508 und eine Netzwerkschnittstelle 510 umfassen, sind bekannt und im Handel erhältlich. Zur Vereinfachung der Darstellung und weil es für das Verständnis des beanspruchten Gegenstands nicht wichtig ist, sind in 5 einige der typischen Komponenten vieler Computergeräte nicht dargestellt. In dieser Hinsicht kann das Computergerät 410 Eingabegeräte, wie die abgebildete Tastatur, und auch ein Tastenfeld, eine Maus, ein Mikrofon, ein Berührungseingabegerät, einen Touchscreen, ein Tablet und/oder Ähnliches umfassen. Solche Eingabegeräte können über drahtgebundene oder drahtlose Verbindungen, einschließlich RF, Infrarot, serielle, parallele, Bluetooth, Bluetooth Low Energy, USB oder andere geeignete Verbindungsprotokolle über drahtlose oder physische Verbindungen mit den Computergeräten verbunden werden. In ähnlicher Weise kann das Computergerät 410 auch Ausgabegeräte wie das abgebildete Display und auch Lautsprecher, Drucker usw. umfassen.
III. MESSUNGEN VON KRISTALLDURCHMESSER, KRISTALLLÄNGE UND SPALTABSTAND
In einer Ausführungsform, wie in 4 dargestellt, verwendet das Durchmesserkontrollsystem 406 eine Messung des Durchmessers des Kristalls 318 ungefähr an der Fest-Flüssig-Grenzfläche 350, und das Spaltkontrollsystem 402 verwendet eine Messung des Spalts 340 zwischen der Oberseite der Schmelzoberfläche 328 und der Unterseite 342 des Hitzeschilds 316.
In einer Ausführungsform kann die optische Vorrichtung 336 sowohl für die Messung des Kristalldurchmessers als auch des Spaltabstands verwendet werden. In einer Ausführungsform wird der Kristalldurchmesser nach einer aus dem US-Patent Nr. 8.414.701 bekannten Technik gemessen. In einer Ausführungsform wird der Spaltabstand nach einem Verfahren gemessen, das aus dem US-Patent Nr. 9.567.692 bekannt ist. Keines der Messverfahren muss zum Verständnis der Systeme und Verfahren der vorliegenden Offenbarung im Einzelnen erläutert werden, da auf die vorgenannten Patente verwiesen werden kann.
Ausführungsformen der Prozesssteuerung in dieser Offenbarung können einen gemessenen Wert der aktuellen Kristalllänge verwenden, um Werte aus einem Durchmesserprofil, einem Ziehgeschwindigkeitsprofil, einem Spaltprofil und einem Randprofil zu bestimmen. In einer Ausführungsform bedeutet die Kristalllänge die Länge von der Spitze der Schulter 102 (1) bis zur Fest-Flüssig-Grenzfläche 350. In einer Ausführungsform wird die Länge des Kristalls 318 durch einen Encoder bestimmt, der beispielsweise die Umdrehungen des Motors des Servomotors 346 zählt. Der Encoder kann dann die Anzahl der Umdrehungen in eine entsprechende Länge des Kristalls 318 umrechnen. In einer Ausführungsform wird die Länge des Kristalls 318 auf der Grundlage des Gewichts und der Dichte sowie der Geometrie oder Form des Kristalls 318 bestimmt. In einer Ausführungsform kann die Länge des Kristalls 318 direkt durch eine optische Vorrichtung wie die optische Vorrichtung 336 gemessen werden.
IV. PROZESSSTEUERUNGSMODELL
6 zeigt eine Ausführungsform von Prozessregelkreisen für den CZ-Puller 300. Ein Prozessregelkreis kann gemessene Variablen verwenden, Sollwertvariablen aus Profilen eingeben und dann Variablen manipulieren, um den gewünschten Prozessausgang zu erhalten. Prozessstörungen, wie beispielsweise Ungenauigkeiten bei der tatsächlichen Geschwindigkeit des Impfkristalls 332, können die Prozessleistung beeinflussen. In einer Ausführungsform geht die vorliegende Offenlegung auf Prozessstörungen ein, indem sie das v/G-Verhältnis innerhalb der Pv-Pi-Spanne steuert, um Defekte im Kristall zu minimieren, die beispielsweise auf Schwankungen der tatsächlichen Geschwindigkeit zurückzuführen sind.
In 6 umfassen die von der optischen Vorrichtung 336 gemessenen Variablen die Messung des Kristalldurchmessers (Dm) und die Spaltmessung (Gm). Es versteht sich, dass die Kristalllänge auch auf indirektem Wege gemessen oder berechnet wird. Zu den Befehlsvariablen gehören das Ziehgeschwindigkeits-Befehlssignal (Scom) an die Ziehvorrichtung 334, das den Durchmesser des Kristalls 318 beeinflusst, und das Hebebefehlssignal (Lcom) an den Heber 312, das den Spalt 340 zwischen der Schmelzoberfläche 328 und dem Hitzeschild 316 verändert. Das Befehlssignal für die Ziehgeschwindigkeit (Scom) ist der Ausgang des Durchmesserkontrollsystems 406 und das Befehlssignal für den Hub (Lcom) ist das Ergebnis der AGC 404 und des Spaltkontrollsystems 402. Ein Befehlssignal stellt dabei die gewünschte Zielausgabe der gesteuerten Vorrichtung dar. Ein Befehlssignal kann numerische Werte darstellen, wie beispielsweise mm/min. Physikalisch gesehen kann ein Befehlssignal beispielsweise ein elektrisches Signal sein, das sich in der Spannung ändert, oder ein pneumatisches Signal.
In einer Ausführungsform wird die Spaltregelungsmaschine 402 in Kaskade mit der AGC 404 gesteuert, während die AGC 404 in Kaskade mit der Durchmesserregelungsmaschine 406 gesteuert wird. Mit anderen Worten, die Ausgabe der Durchmesserkontrollmaschine 406 wird in der AGC 404 verwendet, und die Ausgabe der AGC wird in der Spaltkontrollmaschine 402 verwendet. Die AGC 404 und der Spaltregelungsmotor 402 nehmen eine Einstellung des Spalts 340 vor. Dabei stellen die Befehlssignale (Scom und Lcom) die gewünschte Ausgabe der gesteuerten Geräte einschließlich der Zugvorrichtung 334 bzw. der Hebevorrichtung 312 dar.
Die Prozessregelkreise, das heißt die Motoren, verwenden ebenfalls vorgegebene Eingangswerte aus dem Durchmesserprofil 602, dem Ziehgeschwindigkeitsprofil 604, dem Spaltprofil 606 und dem Randprofil 608. Aus den beiden Messgrößen (Dm, Gm), der Kristalllänge, und den beiden Führungsgrößen (Scom, Lcom) und den vorgegebenen Profilen ergibt sich als Prozessausgang ein fehlerfreier Kristall mit einem vorgegebenen Durchmesser. Insbesondere wird das Voronkov-Verhältnis (v/G) innerhalb der Pv-Pi-Spanne gehalten, indem die AGC 404 einen Zielspalt (Gt) an die Spaltsteuerungsmaschine 402 liefert.
In 6 ist die Beziehung zwischen der Durchmesserkontrollmaschine 406, der Spaltkontrollmaschine 402 und der AGC 404 dargestellt. Die optische Vorrichtung 336 misst den tatsächlichen Durchmesser (Dm) des Kristalls in Echtzeit und leitet diese Information an das Durchmesserkontrollsystem 406 weiter. Das Durchmesserkontrollsystem 406 berechnet dann in Block 610 eine Durchmesserdifferenz (Dd), indem es den gemessenen Durchmesser (Dm) mit dem Durchmesserwert aus dem Durchmesserprofil 602 bei der aktuellen Länge des Kristalls 318 vergleicht. Auf der Grundlage von Dd bestimmt das Durchmesserkontrollsystem 406 in Block 612 eine Ziehgeschwindigkeitskorrektur (Sc). Wenn beispielsweise die Durchmesserdifferenz (Dd) anzeigt, dass der tatsächliche Durchmesser des Kristalls 318 kleiner als der gewünschte ist, verringert sich die Ziehgeschwindigkeitskorrektur (Sc). Umgekehrt, wenn die Durchmesserdifferenz (Dd) anzeigt, dass der tatsächliche Durchmesser des Kristalls größer ist als gewünscht, dann erhöht sich die Ziehgeschwindigkeitskorrektur (Sc) .
In Block 612 wird eine Umrechnung durchgeführt, um Dd in Millimeter, zum Beispiel, in Sc in Millimeter pro Minute umzurechnen. In Block 614 wendet die Durchmesserkontrollmaschine 406 dann Sc auf einen Ziehgeschwindigkeitseingang oder den Wert aus dem Ziehgeschwindigkeitsprofil (Sp) auf der Grundlage des aktuellen Kristalldurchmessers an, um ein vertikales Ziehgeschwindigkeitsbefehlssignal (Scom) zu bestimmen, und sendet Scom an die Ziehvorrichtung 334. Aufgrund von Scom wirkt sich die tatsächliche Ziehgeschwindigkeit, die der Kristall 318 erfährt, jedoch nicht nur auf den Durchmesser aus, sondern kann auch Störungen im Voronkov-Verhältnis v/G verursachen und Defekte außerhalb der Pv-Pi-Spanne bilden. Um Defekte zu vermeiden, kann daher bei einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung Scom von der Durchmesserkontrollmaschine 406 verwendet werden, um die AGC 404 auszulösen, die den Zielspalt (Gt) bestimmt. Mehr über die Funktionsweise der AGC 404 wird in Abschnitt 5 erörtert.
Das Spaltsteuerungsmaschine 402 berechnet dann ein Heberbefehlssignal (Lcom) und sendet Lcom an den Heber 312, um den Tiegel 304 vertikal zu bewegen und den Spalt 340 zwischen der Schmelzoberfläche 328 und der Unterseite 342 des Hitzeschilds 316 zu steuern. Der Spalt 340 beeinflusst den Temperaturgradienten G an der Feststoff-Schmelz-Grenzfläche 350. Der Spalt 340 wirkt sich daher auch auf die Defektbildung im Kristall aus. In der vorliegenden Offenbarung wird die kombinierte Steuerung von Ziehgeschwindigkeit und Spalt verwendet, um Defekte im Kristall zu reduzieren und/oder zu beseitigen. Gemäß dieser Offenbarung berechnet eine AGC 404 einen Zielspalt (Gt), um v/G innerhalb der Pv-Pi-Spanne zu halten, wenn sich die Ziehgeschwindigkeit ändert.
Wie in 6 dargestellt, kann der Datenspeicher 408 die Datenprofile einschließlich des Durchmesserprofils 602, des Ziehgeschwindigkeitsprofils 604, des Spaltprofils 606 und des Randprofils 608 enthalten. Die Profile können als Funktionen, Korrelationen oder Beziehungen eingerichtet werden, beispielsweise können die Ziehgeschwindigkeit im Verhältnis zur Kristalllänge, der Durchmesser im Verhältnis zur Kristalllänge, der Spalt im Verhältnis zur Kristalllänge und die Ziehgeschwindigkeit im Verhältnis zum Spalt durch experimentelle oder theoretische Methoden vorbestimmt werden. Profile können auch als mehrdimensionale Arrays konstruiert werden, die Korrelationen für mehr als zwei Variablen aufweisen. Die Profile können je nach Größe des Kristalls und je nach Ziehvorrichtung variieren.
In einer Ausführungsform liefert das Durchmesserprofil 602 eine Reihe von gewünschten Durchmesserwerten für die Länge des Kristalls (das heißt als Funktion der Kristalllänge). Das Ziehgeschwindigkeitsprofil 604 liefert eine Reihe von gewünschten Ziehgeschwindigkeitswerten, ebenfalls für die Länge des Kristalls. Das Spaltprofil 606 liefert eine Reihe von gewünschten Spaltwerten für die Länge des Kristalls. Im Allgemeinen unterstützen sowohl das Durchmesserprofil 602 als auch das Ziehgeschwindigkeitsprofil 604 die in 1 gezeigte Form. In einer Ausführungsform können die Werte Variationen enthalten, um Wärmeübertragung, Druck und andere chemische und physikalische Gegebenheiten der Pullerumgebung zu berücksichtigen, wie sie aus Simulationen und/oder Testkristallzüchtungen gewonnen wurden.
Das Randprofil 608 liefert die Pv-Pi-Spanne bei jeder gegebenen Länge des Kristalls. Die Pv-Pi-Spanne umfasst (oder kann zur Berechnung verwendet werden) den mittleren Rand (MC), der als eine Reihe von Ziehgeschwindigkeitswerten und entsprechenden Spaltwerten dargestellt wird, die so ausgewählt werden, dass das Voronkov-Verhältnis v/G innerhalb der Pv-Pi-Spanne bleibt. In einer Ausführungsform werden diese Werte durch Simulationen und/oder Testwachstumsversuche mit Kristallen ausgewählt. Bei den Testwachstumsversuchen werden verschiedene Segmente des Kristalls analysiert und die Pull-Geschwindigkeiten und thermodynamischen Bedingungen bestimmt, die defektfreie Kristallzonen (das heißt die Pv-Pi-Marge) ergeben. Solche Daten können für verschiedene Längen des Kristalls zusammengestellt und tabelliert werden. Ein solches (tabellarisches) Randprofil 608 kann als Nachschlagetabelle in der AGC 404 verwendet werden, um den gewünschten Zielspalt zu bestimmen, der von der Spaltsteuerungsmaschine 402 verwendet wird.
7 zeigt Diagramme einer Ausführungsform der Durchmesserprofilwerte, der Ziehgeschwindigkeitsprofilwerte und der Spaltprofilwerte über die Länge eines Siliziumkristalls gemäß der vorliegenden Offenbarung. In einer Ausführungsform können die Durchmesserprofilwerte, die Ziehgeschwindigkeitsprofilwerte und die Spaltprofilwerte durch Simulationen, einen Kristallwachstumslernversuch bestimmt werden oder den Durchschnitt historischer Daten aus mehreren Versuchen für einen Kristall mit ähnlichem Durchmesser und ähnlicher Länge bilden. In einer anderen Ausführungsform liefern die gemittelten historischen Daten die Ausgangsbedingungen, die dann eine zusätzliche Feinabstimmung und Auswahl optimierterer Werte ermöglichen.
6 veranschaulicht, wie das Durchmesserkontrollsystem 406 die Durchmesserkontrolle dynamisch über die Länge des Kristalls durchführt. Am Addierer 610 vergleicht das Durchmesserkontrollsystem 406 einen Wert aus dem Durchmesserprofil (Dp) mit einem Durchmessermesswert (Dm) von der optischen Vorrichtung 336, um eine eventuelle Durchmesserdifferenz (Dd) zu berechnen. Das Durchmesserkontrollsystem 406 verarbeitet Dd, beispielsweise in der Einheit Millimeter, durch einen Konverter 612 und bestimmt eine entsprechende Ziehgeschwindigkeitskorrektur (Sc), beispielsweise in der Einheit Millimeter pro Minute, die erforderlich ist, um den Kristalldurchmesser in einen Ziehgeschwindigkeitswert zu ändern, der Dd entspricht. In einer Ausführungsform kann die Umrechnung von Durchmesser in Geschwindigkeit im Voraus festgelegt und in einer Tabelle zusammengestellt werden. Am Addierer 614 vergleicht die Durchmesserkontrollmaschine 406 ferner Sc mit einem Wert aus dem Ziehgeschwindigkeitsprofil (Sp) bei der gegebenen Länge des Quarzes, um ein Ziehgeschwindigkeits-Befehlssignal (Scom) zu berechnen. Das Durchmesserkontrollsystem 406 sendet dann das Befehlssignal für die Ziehgeschwindigkeit an die Ziehvorrichtung 334, insbesondere an den Servomotor, der das Befehlssignal für die Ziehgeschwindigkeit (Scom) ausführt, was dazu führt, dass der Siliziumkristall auf einem gewünschten Durchmesser gehalten wird.
In einer Ausführungsform des Durchmesserkontrollsystems 406 kann der gewünschte Eingangsdurchmesser auf einen einzigen konstanten Wert eingestellt werden, anstatt die Werte des Durchmesserprofils zu verwenden.
Der Prozessregelkreis verwendet die AGC 404, um eine Defektbildung im Kristall 318 zu verhindern. Die AGC 404 berechnet einen Zielspalt (Gt) als Reaktion auf das von der Durchmesserkontrollmaschine 406 geforderte Ziehgeschwindigkeits-Befehlssignal (das heißt Scom). Wie in 6 dargestellt, gibt die AGC 404 den Zielspalt (Gt) auf der Grundlage des Randprofils (Mp), des Spaltprofils (Gp), des Ziehgeschwindigkeitsprofils (Sp) und des Ziehgeschwindigkeitsbefehls (Scom) aus.
Die Lückensteuerungsmaschine 402 verwendet die Ziellücke (Gt), um ein Heberbefehlssignal Lcom zu bestimmen. Im Addierer 616 vergleicht das Spaltsteuerungssystem 402 den Zielspalt (Gt) mit der Spaltmessung (Gm), um eine Spaltkorrektur (Gc) zu erzeugen. Der Konverter 618 wandelt die Spaltkorrektur (Gc) in Millimeter in einen dynamischen Verschiebungsbetrag für den Heber um, beispielsweise in Millimeter pro Minute. Dieser dynamische Verschiebungsbetrag stellt ein Heber-Befehlssignal (Lcom) dar, das den Heber 312 vertikal bewegt, um Änderungen im Spalt 340 zu bewirken.
V. AKTIVER TEMPERATURGRADIENT-STEUERUNGSMASCHINE
8 zeigt eine Ausführungsform der AGC 404 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Die AGC 404 umfasst einen virtuellen Geschwindigkeitsblock 802, der Werte aus dem Randprofil (Mp) 608 und dem Spaltprofil (Gp) 606 verwendet.
9 veranschaulicht eine Ausführungsform von Mp gemäß der vorliegenden Offenbarung. Bei gegebenen Kristalllängen umfasst Mp der Pv-Pi-Spanne, der außerdem den mittleren Rand (MC) umfasst, der auf halbem Wege innerhalb der Pv-Pi-Spanne gewählt wird. Die Pv-Pi-Spanne bildet die Grenze für den Leerstellen-Punktdefektbereich (Pv-Bereich) und eine weitere Grenze für den interstitiellen Punktdefektbereich (Pi-Bereich), das heißt die in 2 durch A-B dargestellten Grenzlinien. In 9 definiert die Pv-Pi-Spanne den defektfreien Bereich in jedem der verschiedenen Segmente des Kristalls. Die Mp-Werte können in einem dreidimensionalen Array gespeichert werden, das durch eine Vielzahl von Tabellen (oder andere Datenkonstrukte, wie Diagramme, Formeln usw.) dargestellt wird. Diese Werte können durch Simulation und/oder empirische Untersuchungen von Siliziumkristallen und ihren Wachstumsparametern gewonnen werden. In einer Ausführungsform, wie in 9 dargestellt, wird der mittlere Rand (MC) auf halbem Wege innerhalb der Pv-Pi-Spanne (oder auf halbem Wege zwischen den Grenzen von Pv und Pi) gewählt. Auf diese Weise ist in beiden Richtungen der Pv-Pi-Spanne ein ausreichender Spielraum vorhanden. In einer anderen Ausführungsform kann ein anderer Wert verwendet werden, der mehr auf die Pv-Region oder die Pi-Region ausgerichtet ist.
Zurück zu 8: In einer Ausführungsform identifiziert der virtuelle Geschwindigkeitsblock 802 den Wert der Ziehgeschwindigkeit (virtuelle Ziehgeschwindigkeit (Sv)) aus dem mittleren Rand (MC), der dem aktuellen Spaltwert im Spaltprofil (Gp) 606 entspricht. Der virtuelle Geschwindigkeitsblock 802 führt diese Aufgabe zunächst aus, indem er den Spaltwert aus dem Spaltprofil (Gp) 606 für die gegebene Kristalllänge abruft. Der virtuelle Geschwindigkeitsblock 802 bezieht sich dann auf den mittleren Rand (MC) im Randprofil 608, um die virtuelle Ziehgeschwindigkeit (Sv) zu bestimmen (das heißt nachzuschlagen), die dem aktuellen Spaltwert des Spaltprofils (Gp) entspricht. Idealerweise liefern Sv und der entsprechende Gp-Wert das Voronkov-Verhältnis v/G in der fehlerfreien Zone oder in der Pv-Pi-Spanne. Dieser Sv-Wert wird dann wie folgt zur Bestimmung der Soll-Ziehgeschwindigkeit (St) verwendet.
Der Zielgeschwindigkeits-Block 804 berechnet die Ziel-Ziehgeschwindigkeit (St) auf der Grundlage des Ziehgeschwindigkeits-Befehlssignals (Scom), der virtuellen Ziehgeschwindigkeit (Sv) und des Ziehgeschwindigkeitsprofils (Sp) bei der gegebenen Kristalllänge gemäß der Beziehung: St = Sv * Scom / Sp, wobei St eine Schätzung der Ziehgeschwindigkeit darstellt, die sich aus dem Ziehgeschwindigkeits-Befehlssignal (Scom) ergibt. Die Beziehung ist auch aus 9 ersichtlich. Wenn Scom = Sp ist, ist das Verhältnis Scom/Sp gleich 1, und die Soll-Ziehgeschwindigkeit St ist einfach gleich Sv. Das Verhältnis (Scom/Sp) ist eine prozentuale Zunahme oder Abnahme auf der Achse der Ziehgeschwindigkeit (Y) der Kurve des mittleren Randes (MC) in Bezug auf Sv.
Dann bestimmt der Ziellückenblock 806 die Ziellücke (Gt), indem er sich auf den mittleren Rand im Randprofil 608 bezieht, um den Lückenwert zu ermitteln, der der Zielzuggeschwindigkeit (St) entspricht. Der Zielspalt (Gt) wird dann von der Spaltsteuerungsmaschine 402 verwendet, um eine Spaltkorrektur (Gc) zu berechnen, wie oben erläutert.
10 ist ein Flussdiagramm, das den Prozess 1000 der AGC 404 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. In Schritt 1002 liest der virtuelle Geschwindigkeitsblock 802 das Randprofil (Mp) ein, das die Pv-Pi-Spanne enthält. In Schritt 1004 berechnet der virtuelle Geschwindigkeitsblock 802 den mittleren Rand (MC) auf der Grundlage der Pv-Pi-Spanne bei einer gegebenen Kristalllänge. In Schritt 1006 liest der virtuelle Geschwindigkeitsblock 802 einen Lückenwert aus dem Lückenprofil (Gp) ein, und in Schritt 1008 ermittelt der virtuelle Geschwindigkeitsblock 802 die entsprechende virtuelle Ziehgeschwindigkeit (Sv) aus dem mittleren Rand (MC). In Schritt 1010 berechnet der Zielgeschwindigkeitsblock 804 die Ziel-Ziehgeschwindigkeit (St), die eine Schätzung der Ziehgeschwindigkeit ist, die sich aus dem Ziehgeschwindigkeits-Befehlssignal (Scom) ergibt, indem das Verhältnis von Scom zu einem Ziehgeschwindigkeitswert aus dem Ziehgeschwindigkeitsprofil (Sp) wie folgt ermittelt wird: St = Sv * Scom / Sp.
In Schritt 1012 verwendet der Ziellückenblock 806 die Ziel-Ziehgeschwindigkeit (St), um den Ziellückenwert (Gt) aus dem mittleren Rand (MC) zu ermitteln, der der Ziel-Ziehgeschwindigkeit (St) entspricht.
VI. SIMULATIONSERGEBNISSE
In den 11A bis 11E sind mit Hilfe von Simulationen Erfindungsbeispiele für die AGC 404 gemäß der vorliegenden Offenbarung dargestellt.
Im oberen Teil von 11A sind die tatsächlichen Ziehgeschwindigkeiten (Messungen) über dem Ziehgeschwindigkeitsprofil (das heißt dem Systemeingang) aufgetragen. Dies zeigt, dass die tatsächlichen Pull-Geschwindigkeiten von den Profil Pull-Geschwindigkeiten am Eingang während des Kristallwachstums schwanken. Der untere Teil von 10A zeigt das Verhältnis der tatsächlichen Pull-Geschwindigkeiten zu den Profil-Pull-Geschwindigkeiten, um den Grad oder die Empfindlichkeit der Pull-Geschwindigkeitsänderungen zu veranschaulichen.
Im Allgemeinen wirken sich Änderungen der von der Durchmesserkontrolle geforderten Ziehgeschwindigkeit auf das Voronkov-Verhältnis (v/G) aus und können dazu führen, dass der Kristall entweder Leerstellen oder interstitielle Defekte bildet. Um v/G auf einem gewünschten Niveau zu halten, wenn sich die Geschwindigkeit ändert, muss sich auch der Temperaturgradient (G) ändern. Das System und Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung variiert den Spaltabstand zwischen der Unterseite des Hitzeschilds und der Oberseite der Siliziumschmelze, um Änderungen des Temperaturgradienten zu bewirken und dadurch das Verhältnis v/G, Pv-Pi-Spanne (AB) zu halten, um Defekte im Kristall zu reduzieren.
Die FigurEN 11B bis 11E veranschaulichen anhand von Simulationen, dass die Anpassung des Spalts 340 als Reaktion auf Änderungen der Ziehgeschwindigkeit das Kristallwachstum innerhalb der defektfreien Zone (A-B) aufrechterhält.
In 11B würde eine Erhöhung der Ziehgeschwindigkeit das Voronkov-Verhältnis (v/G) erhöhen und dazu führen, dass das Kristallwachstum (dargestellt als Linie 1102) in den Bereich der sauerstoffinduzierten Stapelfehler (OSF) eintritt. Um diesen Effekt zu kompensieren, ist eine entsprechende Erhöhung des Temperaturgradienten (G) erforderlich.
Mit Hilfe der AGC 404 wird der Spalt 340 verkleinert, wodurch die Wärmemenge an der Fest-Flüssig-Grenzfläche verringert und G erhöht wird. Wie in 11C dargestellt, führt die Änderung des Spalts als Reaktion auf eine Änderung der Ziehgeschwindigkeit dazu, dass das Voronkov-Verhältnis (v/G) auf einem gewünschten Niveau gehalten wird und die Kristallwachstumslinie 1104 in der defektfreien Zone (A-B) bleibt.
In ähnlicher Weise würde in 11D eine Verringerung der Ziehgeschwindigkeit dazu führen, dass die Kristallwachstumslinie 1106 in den Bereich der großen Versetzungen (LD/L) eintritt. Um diesen Effekt zu kompensieren, würde die AGC 404 den Spalt vergrößern, so dass mehr Wärme die Feststoff-Schmelze-Grenzfläche erreicht und G abnimmt. Wie in 11E gezeigt, würde eine solche Korrektur des Spalts wiederum v/G auf einem gewünschten Niveau halten, um die Kristallwachstumslinie 1108 in der defektfreien Zone (A-B) zu halten.
VII. VERGLEICH
12 veranschaulicht einen normalisierten Vergleich eines Systems mit und ohne die Verwendung der aktiven Temperaturgradienten-Kontrollmaschine (AGC) 404 der vorliegenden Erfindung. Hier stellt der untere Balken 1202 den gesamten Waferverlust in einem Kristall dar, normiert als 1 oder 100% aus dem System ohne die Verwendung der AGC 404 der vorliegenden Erfindung. Etwa 66 % dieses Verlustes sind auf die Störungen oder Schwankungen des Voronkov-Verhältnisses, v/G, 1202b zurückzuführen. Andere Faktoren 1202a, einschließlich Messfehler, tragen zu den restlichen 34 % des Verlustes bei. Der obere Balken 1201 zeigt ein simuliertes Ergebnis des Waferverlustes aus demselben System, das die AGC 404 der vorliegenden Erfindung verwendet. Der Balken 1201 zeigt eine signifikante Verringerung des Waferverlustes um insgesamt etwa 37 %, und zwar ausschließlich durch die Verringerung des Waferverlustes aufgrund der v/G-Schwankungen. Hier ist der Unterschied von 66% auf 29%, eine Nettoreduktion von 37% und eine Verbesserung von 54% in der Waferausbeute durch die Verwendung von AGC 404 der vorliegenden Erfindung.
Während illustrative Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wurden, können verschiedene Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 8414701 [0056]
US 9567692 [0056]

Claims

Kristallziehvorrichtung, umfassend: eine Ziehvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie einen Kristall mit einer Ziehgeschwindigkeit aus einer Siliziumschmelze zieht; einen Schmelztiegel, der so konfiguriert ist, dass er die Siliziumschmelze enthält; einen Hitzeschild über einer Oberfläche der Siliziumschmelze; einen Heber, der so konfiguriert ist, dass er einen Spalt zwischen dem Hitzeschild und der Oberfläche der Siliziumschmelze verändert; und eine oder mehrere Rechenvorrichtungen, die so konfiguriert sind, dass sie eine Anpassung des Spalts unter Verwendung einer Pv-Pi-Spanne bei einer gegebenen Länge des Kristalls in Reaktion auf eine Änderung der Ziehgeschwindigkeit bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Pv-Pi-Spanne eine erste Grenze für einen Pv-Bereich und eine zweite Grenze für einen Pi-Bereich umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Pv-Pi-Spanne ferner einen mittleren Rand auf halbem Weg zwischen der ersten Grenze und der zweiten Grenze umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die eine oder die mehreren Rechenvorrichtungen so konfiguriert sind, dass sie die Einstellung des Spalts unter Verwendung des mittleren Rands bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ziehgeschwindigkeit einer Kristallwachstumsrate (v) eines Voronkov-Verhältnisses (v/G) entspricht und der Spalt einen Temperaturgradientenwert (G) des Voronkov-Verhältnisses (v/G) darstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei eine oder mehrere Rechenvorrichtungen so konfiguriert sind, dass sie das Voronkov-Verhältnis auf einem gewünschten Wert halten, indem sie den Spalt als Reaktion auf eine Änderung der Ziehgeschwindigkeit einstellen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Einstellung des Spalts so bestimmt wird, dass das Voronkov-Verhältnis innerhalb der Pv-Pi-Spanne gehalten wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Heber so konfiguriert ist, dass er den Tiegel vertikal bewegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Pv-Pi-Spanne an verschiedenen Längen des Kristalls vorgesehen ist.
Eine Kristallziehvorrichtung, umfassend: eine Ziehanordnung, die so konfiguriert ist, dass sie einen Kristall mit einem gewünschten Durchmesser aus einer Siliziumschmelze in Übereinstimmung mit einem Ziehgeschwindigkeitsprofil zieht, das Ziehgeschwindigkeitswerte liefert; einen Schmelztiegel, der so konfiguriert ist, dass er die Siliziumschmelze enthält; einen Hitzeschild über einer Oberfläche der Siliziumschmelze; einen Heber unterhalb des Tiegels, der so konfiguriert ist, dass er den Tiegel vertikal bewegt, um einen Spalt zwischen dem Hitzeschild und der Oberfläche der Siliziumschmelze gemäß einem Spaltprofil zu steuern, das Spaltwerte liefert; eine Messvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie einen tatsächlichen Durchmesser des Kristalls misst; und eine oder mehrere Rechenvorrichtungen, die so konfiguriert sind, dass sie einen der Werte für die Ziehgeschwindigkeit ändern, um eine andere Ziehgeschwindigkeit bereitzustellen, um den tatsächlichen Durchmesser des Kristalls auf dem gewünschten Durchmesser zu halten, und als Reaktion auf die andere Ziehgeschwindigkeit einen der Spaltwerte weiter anpassen, um eine Spaltanpassung unter Verwendung einer Pv-Pi-Spanne bereitzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Pv-Pi-Spanne eine erste Grenze für einen Pv-Bereich und eine zweite Grenze für einen Pi-Bereich umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Pv-Pi-Spanne ferner einen mittleren Rand auf halbem Weg zwischen der ersten Grenze und der zweiten Grenze umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die eine oder mehrere Rechenvorrichtungen so konfiguriert sind, dass sie die Spaltanpassung unter Verwendung des mittleren Randes bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei jeder der Ziehgeschwindigkeitswerte des Ziehgeschwindigkeitsprofils einer Kristallwachstumsrate (v) eines Voronkov-Verhältnisses (v/G) entspricht und jeder der Spaltwerte des Spaltprofils einen Temperaturgradientenwert (G) des Voronkov-Verhältnisses (v/G) darstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei eine oder mehrere der Rechenvorrichtungen so konfiguriert sind, dass sie das Voronkov-Verhältnis auf einem gewünschten Wert halten, indem sie einen der Lückenwerte als Reaktion auf eine Änderung eines der Ziehgeschwindigkeitswerte einstellen.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die eine oder die mehreren Rechenvorrichtungen so konfiguriert sind, dass sie eine aktive Temperaturgradientensteuerung unter Verwendung des mittleren Randes, des Ziehgeschwindigkeitsprofils und des Spaltprofils durchführen.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die aktive Temperaturgradientensteuerung die Spaltanpassung auf der Grundlage der unterschiedlichen Ziehgeschwindigkeit und unter Verwendung des mittleren Randes, des Ziehgeschwindigkeitsprofils und des Spaltprofils bestimmt.
Computer-implementiertes Verfahren zum Züchten eines Kristalls, wobei das Verfahren umfasst Bestimmen eines Ziehgeschwindigkeits-Befehlssignals, um einen Durchmesser des Kristalls zu steuern; Bestimmen eines Heber-Befehlssignals zur Steuerung eines Spalts zwischen einem Hitzeschild und einer Oberfläche einer Siliziumschmelze, aus der der Kristall gezüchtet wird; und Bestimmen einer Anpassung an den Spalt als Reaktion auf eine andere Ziehgeschwindigkeit unter Verwendung einer Pv-Pi-Spanne.
Computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 18, wobei ein Zielspalt auf vorbestimmten Funktionen der Ziehgeschwindigkeit gegenüber dem Spalt bei verschiedenen Kristalllängen basiert, wobei die vorbestimmten Funktionen innerhalb der Pv-Pi-Spanne liegen, die einen Bereich akzeptabler Verhältnisse von v/G für das Züchten des Kristalls im Wesentlichen ohne Defekte definiert, wobei v eine Ziehgeschwindigkeit des Kristalls ist und G ein Temperaturgradient einer Fest-Flüssig-Grenzfläche des Kristalls ist.
Computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Heber-Befehlssignal auf einem Vergleich einer Spaltmessung mit dem Zielspalt basiert.
Computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Bestimmung des Ziehgeschwindigkeits-Befehlssignals den Vergleich eines gemessenen Durchmessers des Kristalls mit einem Durchmesserprofilwert, der einen Ziehgeschwindigkeitskorrekturwert liefert, und die anschließende Anwendung des Ziehgeschwindigkeitskorrekturwerts auf einen Ziehgeschwindigkeitsprofilwert umfasst.
Computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 21, wobei der Durchmesserprofilwert auf der Grundlage einer Funktion des Kristalldurchmessers gegenüber der Kristalllänge bestimmt wird und das Ziehgeschwindigkeitsprofil auf der Grundlage einer Funktion der Ziehgeschwindigkeit gegenüber der Kristalllänge bestimmt wird.
Computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Ziehgeschwindigkeits-Befehlssignal bei der Berechnung des Zielspalts verwendet wird.
Computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 23, wobei die Pv-Pi-Spanne eine erste Grenze für einen Pv-Bereich und eine zweite Grenze für einen Pi-Bereich und einen mittleren Rand auf halbem Weg zwischen der ersten Grenze und der zweiten Grenze umfasst.
Computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 24, wobei der Zielspalt durch die folgenden Schritte bestimmt wird: Bestimmen einer virtuellen Ziehgeschwindigkeit (Sv) aus dem mittleren Rand, die einem aktuellen Spaltwert aus einem Spaltprofil entspricht, Berechnen einer Ziel-Ziehgeschwindigkeit (St) auf der Grundlage des Ziehgeschwindigkeits-Befehlssignals (Scom), der virtuellen Ziehgeschwindigkeit (Sv) und des Ziehgeschwindigkeitsprofils (Sp) bei einer gegebenen Kristalllänge gemäß der Beziehung: St = Sv * Scom/Sp, und Bestimmung des Zielspalts (Gt) aus dem mittleren Rand, der der Ziel-Ziehgeschwindigkeit (St) entspricht.
Das computerimplementierte Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 24 ferner umfasend Anwenden der Anpassung auf den Spalt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zieheinrichtung den Kristall zieht, um einen gewünschten Durchmesser zu erreichen.
Die Vorrichtung nach Anspruch 27 ferner umfassend, eine Messvorrichtung zum Messen eines tatsächlichen Durchmessers des Kristalls.
Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei die eine oder mehrere Rechenvorrichtungen den tatsächlichen Durchmesser mit dem gewünschten Durchmesser vergleichen und eine Durchmesserdifferenz berechnen.
Vorrichtung nach Anspruch 29, wobei die eine oder die mehreren Rechenvorrichtungen die Ziehgeschwindigkeit auf der Grundlage der Durchmesserdifferenz ändern.
Vorrichtung nach Anspruch 30, bei der die eine oder die mehreren Rechenvorrichtungen ferner den Spalt in Reaktion auf eine Änderung der Ziehgeschwindigkeit einstellen.