DE112011104351B4

DE112011104351B4 - System zur Steuerung eines Durchmessers eines Einkristallingots und Einkristallingot-Zuchtvorrichtung umfassend dasselbe

Info

Publication number: DE112011104351B4
Application number: DE112011104351.1T
Authority: DE
Inventors: Young-Ho Hong; Se-Geun Ha; Yo-Han Jung
Original assignee: SK Siltron Co Ltd
Current assignee: SK Siltron Co Ltd
Priority date: 2010-12-13
Filing date: 2011-07-21
Publication date: 2020-02-20
Anticipated expiration: 2031-07-22
Also published as: US20120145071A1; WO2012081789A1; US9422637B2; CN103261492A; JP2013545713A; KR101218847B1; KR20120065768A; DE112011104351T5; JP5639719B2

Abstract

System zur Steuerung eines Durchmessers eines Einkristallingots, wobei das System aufweist:einen Durchmesser-Messsensor, der einen Durchmesser eines Einkristallingots misst;ein Tiefpassfilter (LPF), das Störsignale kurzer Zeitdauer aus den von dem Durchmesser-Messsensor gemessenen Daten entfernt;eine Einheit, die aus den Daten am Ausgang des Tiefpassfilters eine Datenmittelwertszahl AVE in einer halben Zuchtkeimdrehperiode oder einem ganzzahligen Vielfachen hiervon ermittelt, undeinen ADC-Sensor (Automatic Diameter Control), der den Durchmesser des Einkristallingots durch Steuern einer Zuggeschwindigkeit unter Verwendung von Daten als aktuelle Daten steuert, die die Datenmittelwertszahl AVE enthalten und bei denen die Störsignale entfernt sind;wobei das Tiefpassfilter aus einer Schaltung besteht, die einen Widerstand und einen Kondensator umfasst; wobei die Übertragungsfunktion des Tiefpassfilters durch die folgende Gleichung 1 definiert istwobei der Wert der Zeitkonstanten (τf) des Tiefpassfilters, durch RC ausgedrückt (mit dem Widerstandswert R und dem Kapazitätswert C), in dem Bereich 1 bis 15 Sekunden liegt und die Datenmittelwertszahl AVE im Bereich von 105 bis 195 liegt.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein System zur Steuerung eines Durchmessers eines Einkristallingots und eine Einkristallingot-Zuchtvorrichtung umfassend dasselbe.
US 5 176 787 A zeigt ein System zur Steuerung des Durchmessers eines Einkristalls. Über einen Sensor wird der Durchmesser des Kristalls erfasst und das Durchmessersignal über ein Tiefpassfilter an eine Einheit zur Steuerung der Ziehgeschwindigkeit geleitet. Störsignale kurzer Zeitdauer oder nadelförmige Störsignale werden aus den Rohdaten entfernt. Es findet weiterhin eine fortlaufende zeitliche Mittelung (moving averaging) der gefilterten Signale statt, siehe z.B. Anspruch 3, die Haltesignale werden ebenfalls zur Steuerung der Ziehgeschwindigkeit verwendet.
Der Artikel „Tiefpass“ abgerufen unter ”https://de.wikipedia.org/wiki/Tiefpass” am 24.04.2017 gibt nähere Informationen zu den Eigenschaften von Tiefpass-Filtern.
Aus der Schrift JP H07-309694 A sind Systeme zur Durchmessersteuerung bei Czocharlski-Verfahren bekannt.
Um einen Halbleiter herzustellen, muss ein Wafer angefertigt werden, und um den Wafer anzufertigen, muss ein Einkristall in einer Einkristallform gezüchtet werden. Hierfür kann ein Czochralski-Verfahren (hierin nachstehend ein CZ-Verfahren) angewendet werden.
Um eine hohe Qualität eines Siliziumeinkristallingots zu erreichen, wird außerdem ein Zuggeschwindigkeitskorrekturwert durch verschiedene Parameter angewendet. Ebenfalls werden verschiedene Sensoren, die an Peripherievorrichtungen zur Steuerung eines Ingotdurchmesser installiert sind, der seine Qualität beeinflussen kann, ausgelegt, den gleichförmigen Durchmesser zu realisieren. An dieser Stelle werden ein CCD-Kamerasensor (Charge Coupled Device) und ein ADC-Sensor (Automatic Diameter Control), die am Äußeren der Vorrichtung angebracht sind, für eine Zuggeschwindigkeits- und Durchmessersteuerung verwendet und ein PID-Regler (Proportional Integral Derivative) wird verwendet, um Informationen, Durchmesser und Zuggeschwindigkeiten zu steuern, die von den Sensoren erhalten werden.
In Bezug auf das CZ-Verfahren umfasst ein Einkristallingotsteuerungssystem eine Motorantriebseinheit zum Ändern einer aktuellen Zuggeschwindigkeit, um gegenseitig eine momentane Änderungshöhe, die von einem Durchmesserüberwachungssystem gelesen wird, und eine Sollzuggeschwindigkeit durch den Einsatz des PID-Reglers einzuhalten.
Gemäß einem Stand der Technik wird nach dem Messen eines Durchmessers eines Einkristalls unter Verwendung einer CCD-Kamera oder eines ADC-Sensors, falls es eine Abweichung zwischen einem aktuellen Wert (PV) und einem Sollwert (SV) gibt, eine Ausgabe eines manipulierten Werts (MV), der eine Zuggeschwindigkeit ändert, im Prinzip verwendet um zu ermöglichen, dass der Durchmesser und die Zuggeschwindigkeit einen Standardwert erreichen. Dementsprechend kann es mit der Zuggeschwindigkeitssteuerung gemäß einer Durchmesseränderung ausgedrückt werden.
P-, I- und D-Werte des PID-Reglers sind Proportional-, Integral- und Differential-Komponenten und leisten einen Beitrag zu der Gesamtausgabe. Eine Ausgabeintensität jeder Komponente wird entsprechend der Festlegung der P-, I- und D-Werte bestimmt.
Außerdem betrifft ein wichtiger Teil des PID-Reglers ein Erkennungsverfahren für einen aktuellen Wert. Eine Abtastgeschwindigkeit, eine Zeitdauer und eine Art des Werts, der durch einen Sensor geliefert wird, der einen Durchmesser zur Steuerung erkennt, kann die PID-Regelung in hohem Maße beeinflussen. Zusätzlich gibt es viele Variablen, über die alle Rohdaten verarbeitet oder gemittelt werden oder über eine Zeitdauer, zu der das Abtasten ausgeführt wird.
Zusätzlich ist eine angemessene Vorverarbeitung von Informationen von einem Sensor vor dem Einstellen der konstanten P-, I- und D-Werte erforderlich.
Darüber hinaus ist es wichtig, um einen Siliziumeinkristall hoher Qualität mit Null Defekten oder sehr geringen Defekten durch das Siliziumeinkristall-Zuchtverfahren zu erhalten, eine aktuelle Zuggeschwindigkeit bezüglich einer Sollzuggeschwindigkeit, die durch V/G festgelegt ist, genau zu steuern, d. h. einem Verhältnis einer Zuggeschwindigkeit V und einem Einkristall-Axialrichtungstemperaturgradienten G.
Wenn die aktuelle Zuggeschwindigkeit höher ist als die Sollzuggeschwindigkeit gibt es einen Leerstellendefekt, wie zum Beispiel FPD (Flow Pattern Defect), und umgekehrt, wenn die aktuelle Zuggeschwindigkeit niedriger ist als die Sollzuggeschwindigkeit, entsteht ein OISF-Bereich (Oxidation Induced Stacking Fault) um den Kristall, und wenn das Wachstum bei einer langsameren Geschwindigkeit durchgeführt wird, entsteht ein Zwischengitterplatzdefekt, wie zum Beispiel ein LDP (Large Dislocation Pit). Der Defekt, wie zum Beispiel OISF, kann einen schwerwiegenden Geräteausfall während eines Prozesses eines Wafers hoher Qualität verursachen, wie zum Beispiel ein RTP-Wafer (Rapid Thermal Processing), der für ein DRAM (Dynamic Random Access Memory) oder einen Flash-Speicher entsprechend einer in letzter Zeit reduzierten Entwurfsregel verwendet wird. Um daher einen Einkristall hoher Qualität mit lediglich einem übrigen Leerstellen-Pv-Bereich und einem übrigen Zwischengitterplatz-Pi-Bereich, d. h. Bereichen ohne Defekte, herzustellen, ist eine genaue Steuerung einer Zuggeschwindigkeit mit Sicherheit erforderlich.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Systeme zur Steuerung eines Durchmessers eines Einkristallingots und diese verwendender Einkristallingot-Zuchtvorrichtungen zu vermeiden und ein verbessertes System, das eine genauere Steuerung der Zuggeschwindigkeit ermöglicht, und eine dieses System verwendende Einkristallingot-Zuchtvorrichtung anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Einkristallingot-Zuchtvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst.
Ausführungsformen stellen ein System zur Steuerung eines Durchmessers eines Einkristallingots und eine Einkristallingot-Zuchtvorrichtung umfassend dasselbe bereit.
Gemäß einem System zur Steuerung eines Durchmessers eines Einkristallingots und einer Einkristallingot-Zuchtvorrichtung, die dasselbe umfasst, kann der Durchmesser des Einkristallingots durch genaues Steuern einer Zuggeschwindigkeit genau gesteuert werden.
Störsignale kurzer Zeitdauer werden durch einen Vorverarbeitungsprozess unter Verwendung des Tiefpassfilters (LPF) nach dem Abtasten von Rohdaten über einen Durchmesser eines Einkristallingots entfernt. Ein Messfehlersignal (Störsignal kurzer Zeitdauer PN) einer kurzen Zeitdauer, z. B. einer Zeitdauer von 6 s, kann entfernt werden; ebenso können nadelförmige Störsignale (SN), die alle 6 s/4 per einem Knoten auftreten, entfernt werden; und die übrigen Störsignale von etwa und weniger als 6 s können entfernt werden.
Zusätzlich kann der Durchmesser eines Einkristallingots genau durch Verringern der Amplitude eines Signals kurzer Zeitdauer durch den LPF gesteuert werden. Zum Beispiel kann ein Variationsbereich einer aktuellen Zuggeschwindigkeit um mehr als etwa 50 % verringert werden verglichen mit vorhandenen. Gemäß Ausführungsformen kann außerdem ein Variationsbereich eines Durchmessers um mehr als etwa 30 % verringert werden verglichen mit vorhandenen. Ferner kann gemäß Ausführungsformen ein Solldurchmesser genau gesteuert werden.
Mittels der Datenmittelwertszahl AVE wird die Amplitude verringert. Nachdem die Datenmittelwertszahl AVE angewendet wurde, ist die Amplitude weiter verringert.
Außerdem ist gemäß Ausführungsformen ein Bereich zwischen einem unteren Punkt und einem oberen Punkt eines ADC-Digitalfilters erhöht, was einen Informationsverlust verhindert.
Figurenliste

1 ist eine Ansicht einer Einkristallingot-Zuchtvorrichtung, die ein System zur Steuerung eines Durchmessers eines Einkristallingots gemäß einer Ausführungsform umfasst.
2 ist eine beispielhafte Ansicht einer Datenabtastung in einem System zur Steuerung eines Durchmessers eines Einkristallingots gemäß einer Ausführungsform.
3 ist eine beispielhafte Ansicht von Rohdaten über einen Durchmesser in einem System zur Steuerung eines Durchmessers eines Einkristallingots gemäß einer Ausführungsform.
4 ist eine beispielhafte Ansicht einer in einem System zur Steuerung eines Durchmessers eines Einkristallingots eingesetzten LPF-Schaltung gemäß einer Ausführungsform.
5 ist eine beispielhafte Ansicht eines Durchmessers, der gesteuert wird, wenn ein System zur Steuerung eines Durchmessers eines Einkristallingots gemäß einer Ausführungsform angewendet wird.
6 ist eine beispielhafte Ansicht eines Durchmessers, der gesteuert wird, wenn ein System zur Steuerung eines Durchmessers eines Einkristallingots gemäß einer Ausführungsform angewendet wird.
7 ist eine Ansicht einer Steuerung einer Zuggeschwindigkeit PS für jede Ingotlänge gemäß einem Stand der Technik.
8 ist eine Ansicht einer Steuerung einer Zuggeschwindigkeit PS für jede Ingotlänge gemäß einer Ausführungsform.

In der Beschreibung der Ausführungsformen ist zu verstehen, dass, wenn eine Schicht (oder eine Folie), ein Bereich, eine Probe oder ein Gebilde als „auf“ einer anderen Schicht (oder Folie), einem Bereich, einem Belag oder einer Probe bezeichnet wird, die Ausdrucksweise „auf“ und „unter“ sowohl die Bedeutung „unmittelbar“ als auch „mittelbar“ umfasst. Ferner wird der Verweis „auf“ und „unter“ jeder Schicht basierend auf den Zeichnungen gegeben. Ebenso ist die Dicke jeder Schicht in den Zeichnungen ein Beispiel und nicht hierauf beschränkt. Es wird den Fachleuten offenkundig sein, dass verschiedene Modifikationen und Veränderungen in der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden können, ohne von dem Gedanken oder dem Umfang der Erfindung abzuweichen.
1 ist eine Ansicht einer Einkristallingot-Zuchtvorrichtung, die ein System zur Steuerung eines Durchmessers eines Einkristallingots gemäß einer Ausführungsform umfasst.
Zuerst wird die Einkristallingot-Zuchtvorrichtung, auf die ein Einkristallherstellungsverfahren angewendet wird, gemäß einer Ausführungsform beschrieben.
Die Siliziumeinkristall-Zuchtvorrichtung kann eine Kammer 110, einen Tiegel 120, eine Heizvorrichtung 130 und ein Zugmittel 150 umfassen.
Zum Beispiel kann die Siliziumeinkristall-Zuchtvorrichtung die Kammer 110, den Tiegel 120, der in der Kammer 110 angeordnet ist und eine geschmolzene Siliziumflüssigkeit aufnimmt, die Heizvorrichtung 130, die in der Kammer 110 angeordnet ist und den Tiegel 120 beheizt, und das Zugmittel 150 umfassen, das einen Zuchtkeim S aufweist, der mit einem seiner Enden verbunden ist.
Die Kammer 110 stellt einen Raum bereit, in dem vorherbestimmte Prozesse zum Züchten eines Einkristallingots für einen Siliziumwafer durchgeführt werden, der als ein Material für elektronische Komponenten, wie zum Beispiel einem Halbleiter, verwendet wird.
Eine Strahlungsisolierung 140 zum Verhindern, dass eine Wärme der Heizvorrichtung 130 in Richtung einer Seitenwand der Kammer 110 abgegeben wird, kann an einer Innenwand der Kammer 110 angebracht sein.
Der Tiegel 120 ist innerhalb der Kammer 110 angeordnet, um eine geschmolzene Siliziumflüssigkeit zu enthalten, und kann aus einem Quarzmaterial gebildet sein. Ein Tiegelträger 125, der aus Graphit gebildet ist, um den Tiegel 120 zu tragen, kann außerhalb des Tiegels 120 angeordnet sein.
Der Tiegelträger 125 ist an einer Rotationsachse 127 fixiert und angebracht und wird um die Rotationsachse 127 gedreht, um dieselbe Höhe einer Fest-Flüssig-Trennfläche während des Drehens und des Hebens des Tiegels 120 zu halten.
Die Heizvorrichtung 130 kann in der Kammer 110 angeordnet sein, um den Tiegel 120 zu beheizen. Zum Beispiel kann die Heizvorrichtung 130 eine zylindrische Form aufweisen, die den Tiegelträger 125 umgibt. Die Heizvorrichtung 130 schmilzt ein Stück polykristallines Silizium hoher Reinheit und stellt somit eine geschmolzene Siliziumflüssigkeit bereit.
Eine Heizvorrichtungsstromversorgung 134 stellt der Heizvorrichtung 130 Strom bereit und eine Elektrode 132 ist zwischen die Heizvorrichtungsstromversorgung 134 und der Heizvorrichtung 130 eingefügt, um den Strom einzustellen. Eine Temperatur der Heizvorrichtung 130 kann von einem Heizvorrichtungstemperatursensor 136 gemessen werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein Magnet 170 zur Verbesserung der Turbulenzsteuerung und der Ingotzuchtqualität durch Regulierung der Lösungskonvektion in der Kammer 110 bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann ein horizontaler, supraleitender Magnet für eine 300-mm-Ingotzucht verwendet werden, ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
Das Ingotmittel 150 kann einen Ingot IG ziehen und drehen.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein Czochralski-Verfahren (hierin nachstehend CZ-Verfahren), das einen Kristall nach dem Eintauchen eines Einkristallzuchtkeims S in die geschmolzene Siliziumflüssigkeit und dann während eines langsamen Hochziehens züchtet, als ein Herstellungsverfahren zum Züchten eines Siliziumeinkristallingots übernommen werden.
Gemäß diesem Verfahren wird ein Verengungsprozess durch Eintauchen des Zuchtkeims S in die geschmolzene, polykristalline Siliziumflüssigkeit und Züchten bei einer schnellen Zuggeschwindigkeit durchgeführt. Außerdem wird ein Lötprozess durchgeführt, wenn der Einkristall in einer Zuchtkeimdurchmesserrichtung gewachsen ist und eine vorherbestimmte Durchmessergröße aufweist. Nach dem Lötprozess wird ein Körperwachstumsprozess durchgeführt und, nachdem der Körper eine vorherbestimmte Länge aufweist, wird ein Nachlaufprozess zum Verringern des Durchmessers des Körpers und Trennen dieses von der geschmolzenen Flüssigkeit durchgeführt. Als Ergebnis hiervon ist eine Einkristallingotzucht beendet.
Eine Ausführungsform stellt ein System zur Steuerung eines Durchmessers eines Einkristallingots zum genauen Steuern eines Durchmessers und einer Zuggeschwindigkeit eines Einkristallingots und eine Einkristallingot-Zuchtvorrichtung bereit, die dasselbe umfasst.
Hierfür weist das System 200 zur Steuerung eines Durchmessers eines Einkristallingots einen Durchmesser-Messsensor 210 zum Messen eines Durchmessers eines Einkristallingots IG; ein Tiefpassfilter (LPF) 220, das Störsignale kurzer Zeitdauer aus den von dem Durchmesser-Messsensor 210 gemessenen Daten entfernt; und einen ADC-Sensor 230 (Automatic Diameter Control) zur Steuerung eines Durchmessers eines Einkristallingots durch Steuerung einer Zuggeschwindigkeit unter Verwendung der Daten als aktuelle Daten auf, bei denen die Störsignale entfernt sind.
Der Durchmesser-Messsensor 210 ist angeordnet, Rohdaten über einen Durchmesser des Einkristallingots IG abzutasten und kann wenigstens einen IR-Sensor (Infrarot), eine CCD-Kamera (Charge Coupled Device) oder ein Pyrometer umfassen, ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
Ein analoger aktueller Wert des Durchmesser-Messsensors 210 wird durch einen A/D-Konverter in einen digitalen Wert gewandelt und, nachdem die Daten gefiltert wurden, werden die Daten über eine vorherbestimmte Zeitdauer gemittelt und dieser Wert kann als „aktueller Wert“ in einem PID-Regler (Proportional Integral Derivative) verwendet werden.
Eine Ausführungsform kann eine Veränderungshöhe ausgeben, die automatisch eine Einkristallzuggeschwindigkeit ändert, da der PID-Regler eine Abweichung zwischen einem aktuellen Wert und einem Sollwert und eine Abweichungsänderung berechnet. Ein Durchmesser eines Einkristalls wird entsprechend einer Änderung einer Zuggeschwindigkeit darin verändert und diese Vorgänge werden wiederholt, um einen vorherbestimmten Durchmesser zu steuern.
2 ist eine beispielhafte Ansicht einer Datenabtastung in einem System zur Steuerung eines Durchmessers eines Einkristallingots gemäß einer Ausführungsform.
Gemäß einer Ausführungsform führt ein PID-Regler eine PID-Logikoperation (Proportional Integral Derivative) auf einer Einkristallzuggeschwindigkeit unter Verwendung der gemessenen Daten des ADC-Sensors 230 aus.
An dieser Stelle kann, indem der PID-Regler eine Leseoperation der gemessenen Daten in Bezug auf einen Einkristalldurchmesser ausführt, wie in 2 dargestellt ist, ein Datenvorverarbeitungsprozess zum Abtasten digitaler Rohdaten (ein gepunkteter Kasten) gemäß einer vorherbestimmten Abtastzeit und Abtastanzahl durchgeführt werden.
In 2 ist ein Leseintervall der gemessenen Daten auf 0,2 s festgelegt; eine Abtastzeit ist auf 1,4 s festgelegt; und eine Abtastanzahl ist auf 5 festgelegt. Jedoch ist eine Ausführungsform nicht hierauf beschränkt.
Die abgetasteten Daten werden für eine PID-Logikoperation durch einen Mittelungsprozess verwendet. Während der PID-Operation werden eine Abweichung eines abgetasteten Messwerts und eines Sollwerts und/oder eine Abweichungsänderung berechnet, um eine Motordrehzahl eines Zugmittels in Bezug auf das Einkristallziehen zu ändern, wodurch eine Zuggeschwindigkeit des Einkristalls gesteuert wird.
3 ist eine beispielhafte Ansicht von Rohdaten über einen Durchmesser in einem System zur Steuerung eines Durchmessers eines Einkristallingots gemäß einer Ausführungsform.
Ausführlicher stellt 3 Rohdaten über einen Durchmesser dar und ist eine beispielhafte Ansicht von Rohdaten, die ein Störsignal hoher Frequenz (kurzer Zeitdauer) während des Einkristallingotwachstums umfassen.
Eine Ausführungsform entfernt ein Messfehlersignal gemäß einer Drehperiode eines Zuchtkeims. Wenn sich zum Beispiel der Zuchtkeim mit 10 U/min dreht, beträgt eine Drehperiode 6 s (60 s/10) und ein Messfehler kurzer Zeitdauer gemäß einer Drehperiode ist zu entfernen.
Zusätzlich tritt gemäß einer Ausführungsform, wenn der Si-Einkristall in der (100) Richtung wächst, ein Knoten in der (110) Richtung auf und ein nadelförmiges Signal wird durch das Auftreten von vier Knoten erzeugt. Zum Beispiel werden die vier Knoten, die bei dem Si-Einkristall auftreten, die in der (100) Richtung wachsen, einmal bei 6/4 s (Periode/4) bei der Drehung bei 10 U/min erzeugt. Zusätzlich entfernt eine Ausführungsform ein Störsignal einer Drehperiode (etwa 6 s) und weniger als das.
Zum Beispiel stellt 3 ein Beispiel dar, wenn Durchmesserrohdaten bei einem Leseintervall von 0,2 s abgetastet werden und es eine große Schwankung gibt, da ein periodisches Störsignal PN von 6 s und ein nadelförmiges Störsignal SN mit einer Periode von 6 s/4 einen erlaubten Steuerungsbereich überschreiten, z. B. mehr als 100 pt in Bezug auf 100 pt.
Das nadelförmige Störsignal SN tritt auf, wenn sich ein Ingot an einem Knoten gemäß einer Kristallisierungsrichtung eines Einkristallingots dreht, und kann zum Beispiel viermal pro einer Drehung auftreten (6 s/4).
Dieses hochfrequente Störsignal (kurzer Zeitdauer) liefert einen ungünstigen Effekt auf die ADC-Steuerung. Da dieses Störsignal kurzer Zeitdauer eine Begrenztheit zwischen einem unteren Punkt und einem oberen Punkt des ADC-Digitalfilters aufweist, wird zum Beispiel eine große Menge an normalen Informationen, zum Beispiel mehr als 50 %, als Ergebnis der Begrenztheit abgeschnitten. Dementsprechend können der ADC-Steuereinheit falsche Informationen bereitgestellt werden und dies kann somit eine Fehlfunktion der ADC-Steuereinheit verursachen.
Das Störsignal kurzer Zeitdauer wird durch einen Vorverarbeitungsprozess unter Verwendung eines LPF nach dem Abtasten von Rohdaten über einen Durchmesser eines Einkristallingots entfernt.
4 ist eine beispielhafte Ansicht einer in einem System zur Steuerung eines Durchmessers eines Einkristallingots eingesetzten LPF-Schaltung gemäß einer Ausführungsform. 5 ist eine beispielhafte Ansicht eines Durchmessers, der gesteuert wird, wenn ein System zur Steuerung eines Durchmessers eines Einkristallingots gemäß einer Ausführungsform angewendet wird.
Zum Beispiel kann gemäß einer Ausführungsform ein Messfehlersignal (Störsignal kurzer Zeitdauer PN) einer kurzen Periode, z. B. eine Periode von 6 s, entfernt werden; ein nadelförmiges Störsignal SN, das alle 6 s/4 per einem Knoten auftritt, kann entfernt werden; und ein Störsignal von etwa 6 s und weniger als dieses kann entfernt werden.
Um das nadelförmige Störsignal eines Knotens zu entfernen, beträgt zum Beispiel gemäß einer Ausführungsform eine Zuchtkeimdrehung 10 U/min und wenn die Anzahl der Knoten eines Ingots 4 ist, sind 40 Knotenperiodizitäten für 1 min (60 s) vorgegeben und eine Periode eines Knotens beträgt 60 s/40 (1,5 s).
Das heißt, gemäß einer Zuchtkeimdrehung (S/R) während des Laufens wird eine kurze Zeitdauer erkannt und ein Bereich einer kurzen Zeitdauer ist etwa 3 s bis etwa 20 s und eine nadelförmige Signalperiode ist etwa 0,75 s bis etwa 5 s, jedoch ist eine Ausführungsform nicht hierauf beschränkt. $V_{o u t} (s) = \frac{1}{R C s + 1} V_{i n} (s)$
Gleichung 1 ist eine Übertragungsfunktion für ein LPF und eine Zeitkonstante (τf) des LPF kann mit RC (R ist ein Widerstandswert und C ist ein Kapazitätswert) ausgedrückt werden.
Wenn die Zeitkonstante erheblich durch eine Vergrößerung des R-Werts vergrößert wird, kann ein Rückgangsphänomen eines existierenden Signals auftreten. Dementsprechend kann der R-Wert gesteuert werden, in einem Bereich von etwa 0,5 % eines Lastwiderstands in einer AD-Karte zu liegen, ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Wenn zum Beispiel der Lastwiderstand 1 ist, kann R des LPF weniger als 5 kΩ sein.
Dementsprechend liegt der Bereich der Zeitkonstanten τf des LPF zwischen 1 s bis etwa 15 s. Ein Wert der Zeitkonstanten τf eines beispielhaften LPF ist zwischen etwa 1 s bis etwa 9,6 s, ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
Wenn zum Beispiel R1 1000 Ω ist und C1 1000 µF ist, hat eine Zeitkonstante τf1 einen Wert von 1,0 s. Wenn R2 1000 Ω ist und C1 3200 µF ist, hat eine Zeitkonstante τf2 einen Wert von 3,2 s. Wenn R3 3000 Ω ist und C 3200 µF ist, hat eine Zeitkonstante τf3 einen Wert von 9,6 s. $V_{i n} (t) = sin (a t)$
$V_{o u t} (1) = \frac{1}{\sqrt{τ_{f} w^{2} + 1}} s i n (ω t - ϕ)$
Die Gleichung 2 betrifft eine Eingangsamplitude und die Gleichung 3 betrifft eine Ausgangsamplitude. Eine Amplitude eines Signals kurzer Zeitdauer wird gemäß einer Ausführungsform verringert.
In Bezug auf 5, falls bei Anwendung auf ein LPF die Zeitkonstante τf einen Wert von 3,2 s hat, kann ein Messfehlersignal (Störsignal kurzer Zeitdauer PN) einer kurzen Zeitdauer, z. B. eine Periode von 6 s, entfernt werden; ein nadelförmiges Störsignal (SN), das jeweils bei 6 s/4 per einem Knoten auftritt, kann entfernt werden; und das übrige Störsignal von etwa und weniger als 6 s kann entfernt werden.
Zusätzlich kann gemäß einer Ausführungsform ein Durchmesser eines Einkristallingots genau durch Verringern einer Amplitude eines Signals kurzer Zeitdauer durch ein LPF gesteuert werden.
Zum Beispiel kann eine Variationsbreite einer aktuellen Zuggeschwindigkeit um mehr als etwa 50 % verringert werden verglichen mit existierenden.
Zusätzlich kann gemäß einer Ausführungsform eine Variationsbreite eines Durchmessers um etwa 30 % verringert werden verglichen mit existierenden.
Ferner kann gemäß einer Ausführungsform ein Solldurchmesser genau gesteuert werden. Wenn zum Beispiel ein Solldurchmesser für einen existierenden 300-mm-Ingot mit etwa 308 mm festgelegt ist, wird gemäß einer Anwendung einer Ausführungsform der Solldurchmesser auf etwa 306 mm verringert, so dass er genau gesteuert werden kann.
Außerdem wird gemäß eines Stands der Technik eine Streuung von Rohdaten durch ein sich bewegendes Mittelungsfilter verringert, jedoch hat dies einen Effekt auf das Entfernen zufälliger Störsignale, jedoch keinen Effekt auf das Entfernen periodischer Störsignale.
Somit muss gemäß einer Ausführungsform ein Störsignal kurzer Zeitdauer entfernt werden.
6 ist eine beispielhafte Ansicht eines Durchmessers, der gesteuert wird, wenn ein System zur Steuerung eines Durchmessers eines Einkristallingots gemäß einer Ausführungsform angewendet wird.
Es wird eine Datenmittelwertszahl AVE ermittelt, um die Amplitude zu verringern.
Zum Beispiel kann, nachdem ein nadelförmiges Störsignal kurzer Zeitdauer von etwa 6 s und weniger als das durch ein LPF entfernt ist, während der Datenverarbeitung, wenn eine Datenmittelwertszahl AVE und eine Abtastzeit berücksichtigt werden, ein Durchmesser genauer und wirksamer gesteuert werden.
Die Datenmittelwertszahl AVE kann eine Abtastdatenanzahl durch Verwenden eins exakten Vielfachen der abgetasteten Daten festlegen, ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
Die Beziehung zwischen einer Zuchtkeimdrehperiode und einer Datenmittelwertszahl AVE ist ein ganzzahliges Vielfaches sein oder eine halbe Periode (ganzzahliges Vielfaches + Periode/2).
Zum Beispiel kann eine Datenmittelwertszahl AVE mit einem Vielfachen von ((einer Periode + Periode/2)/Rohdatenmessintervall) definiert werden. Die Periode kann 60 s/Zuchtkeim-Soll-U/min sein.
Zum Beispiel kann die Datenmittelwertszahl AVE ein Vielfaches von ((6 s + 3 s)/0,2) sein, ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
Gemäß einer Ausführungsform ist, wenn die Datenmittelwertszahl AVE angewendet wird, die Amplitude zunehmend verringert. Das heißt, wenn eine Abtastanzahl eine Beziehung eins exakten Vielfachen oder einer halben Periode ist, kann ein starkes Signal wirkungsvoll periodisch entfernt werden.
Der Wert der Datenmittelwertszahl AVE weist einen Bereich von 105 bis 195 auf. Außerdem wird, wenn die Datenmittelwertszahl AVE zu groß ist, ein Messfehler eines Durchmessers entfernt, jedoch wird die entsprechende Geschwindigkeit einer ADC-Steuereinheit langsamer. Wenn die Datenmittelwertszahl AVE zu klein ist, ist eine entsprechende Geschwindigkeit einer ADC-Steuereinheit schnell, jedoch kann ein Messfehler eines Durchmessers nicht entfernt werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Amplitude um mehr als 30-mal oder 70-mal durch eine Steuerung der Datenmittelwertszahl AVE verringert. Mit einem angewendeten LPF ist zum Beispiel, wenn eine Zeitkonstante τf einen Wert von 3,2 s aufweist und ein AVE-Wert 105 ist, die Amplitude um mehr als etwa 38-mal verringert. Wenn eine Zeitkonstante τf einen Wert von 3,2 s hat und ein AVE-Wert 195 ist, wird die Amplitude um mehr als 71-mal verringert.
Außerdem wird gemäß einer Ausführungsform ein Bereich eines unteren Punkts und eines oberen Punkts eines ADC-Digitalfilters vergrößert, um einen Informationsverlust zu verhindern.
Zum Beispiel ist er, wenn ein Bereich eines unteren Punkts und eines oberen Punkts eines ADC-Digitalfilters mit 5/5 festgelegt ist, zu schmal. Als Ergebnis hiervon wird eine große Menge normaler Informationen abgeschnitten. Gemäß einer Ausführungsform wird ein Bereich eines unteren Punkts und ein Bereich eines oberen Punkts eines ADC-Digitalfilters mit 10/10 festgelegt, um einen Informationsverlust zu verhindern, und dementsprechend geht ein Signal langer Zeitdauer hindurch, da normale Signale übertragen werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein Bereich eines unteren Punkts und eines oberen Punkts eines ADC-Digitalfilters entsprechend einer Zeitkonstanten variieren, um einen Informationsverlust zu vermeiden, und kann mit etwa 6/6 bis 80/80 festgelegt werden, ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
7 ist eine Ansicht einer Steuerung einer Zuggeschwindigkeit PS für jede Ingotlänge gemäß einem Stand der Technik. 8 ist eine Ansicht einer Steuerung einer Zuggeschwindigkeit PS für jede Ingotlänge gemäß einer Ausführungsform.
In den 7 und 8 sind die Werte für die Zuggeschwindigkeitsrohdaten nicht dargestellt und es sind lediglich eine obere Zuggeschwindigkeit UPS, eine untere Zuggeschwindigkeit LPS, eine Sollzuggeschwindigkeit TPS und eine mittlere Zuggeschwindigkeit APS dargestellt. Eine x-Achse stellt eine Ingotlänge dar, ist jedoch nicht hierauf beschränkt und kann somit ein eingefrorenes Verhältnis darstellen, und eine y-Achse stellt eine Zuggeschwindigkeit PS dar (U/min).
Gemäß einem Stand der Technik wird beim Betrachten einer Zuggeschwindigkeit für jede Ingotlänge die Sollzuggeschwindigkeit TPS basierend auf der oberen Zuggeschwindigkeit UPS und der unteren Zuggeschwindigkeit LPS festgelegt. Gemäß einem Stand der Technik erreicht die mittlere Zuggeschwindigkeit PS die Sollzuggeschwindigkeit TPS nicht, so dass es viele Fälle gibt, die von Bereichen der oberen Zuggeschwindigkeit UPS und der unteren Zuggeschwindigkeit LPS abweichen.
Im Gegensatz hierzu ist, wenn das System zur Steuerung eines Durchmessers eines Einkristallingots gemäß einer Ausführungsform angewendet wird, in einem Profil dargestellt, dass die mittlere Zuggeschwindigkeit APS im Wesentlichen mit der Sollzuggeschwindigkeit TPS identisch ist.
Wenn das System zur Steuerung eines Durchmessers eines Einkristallingots gemäß einer Ausführungsform angewendet wird, wird bestätigt, dass eine genaue Steuerung einer Sollzuggeschwindigkeit bezüglich einer aktuellen Zuggeschwindigkeit wirkungsvoll realisiert wird. Entsprechend dieser genauen Steuerung kann ein Siliziumeinkristallingot mit einem fehlerlosen Bereich Pv/Pi über einen gesamten Körperbereich ohne Defekte, wie zum Beispiel Pband, FPD (Flow Pattern Defect) und LDP (Large Dislocation Pit), hergestellt werden.
Gemäß einem System zur Steuerung eines Durchmessers eines Einkristallingots und einer Einkristallingot-Zuchtvorrichtung, die dasselbe umfasst, kann ein Durchmesser eines Einkristallingots genau durch genaue Steuerung einer Zuggeschwindigkeit gesteuert werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird nach dem Abtasten von Rohdaten über einen Durchmesser eines Einkristallingots ein Vorverarbeitungsprozess durch ein LPF durchgeführt, so dass ein Störsignal kurzer Zeitdauer entfernt werden kann. Gemäß einer Ausführungsform kann zum Beispiel ein Messfehlersignal (Störsignal kurzer Zeitdauer PN) einer kurzen Zeitdauer, z. B. eine Zeitdauer von 6 s, entfernt werden und nadelförmige Störsignale (SN), die alle 6 s/4 per einem Knoten auftreten, können entfernt werden und die übrigen Störsignale von etwa und weniger als 6 s können entfernt werden.
Zusätzlich kann gemäß Ausführungsformen der Durchmesser eines Einkristallingots durch Verringern der Amplitude eines Signals kurzer Zeitdauer durch ein LPF genau gesteuert werden. Zum Beispiel kann ein Variationsbereich einer aktuellen Zuggeschwindigkeit um mehr als etwa 50 % verringert werden verglichen mit vorhandenen. Gemäß Ausführungsformen kann außerdem ein Variationsbereich eines Durchmessers um mehr als etwa 30 % verringert werden verglichen mit vorhandenen. Ferner kann gemäß Ausführungsformen ein Solldurchmesser genau gesteuert werden.
Zusätzlich kann gemäß Ausführungsformen die Datenmittelwertszahl AVE gesteuert werden, um die Amplitude zu verringern. Gemäß Ausführungsformen wird, nachdem der Mittelwert der Daten AVE angewendet wurde, die Amplitude zunehmend verringert.
Außerdem wird gemäß Ausführungsformen ein Bereich zwischen einem unteren Punkt und einem oberen Punkt eines Analog-Digital-Wandler-(ADC)-Digitalfilters vergrößert, wodurch ein Informationsverlust verhindert wird.
Obwohl die vorliegende Erfindung vor allem mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen hiervon dargestellt und beschrieben worden ist, ist von den Fachleuten zu verstehen, dass verschiedene Änderungen hieran an der Form und den Details durchgeführt werden können, ohne von dem Gedanken und dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie sie durch die folgenden Ansprüche definiert ist.
Obwohl Ausführungsformen mit Bezug auf zahlreiche veranschaulichende Ausführungsformen hiervon beschrieben worden sind, ist zu verstehen, dass zahlreiche andere Modifikationen und Ausführungsformen von den Fachleuten erdacht werden können, die in den Gedanken und den Bereich der Prinzipien dieser Offenbarung fallen. Insbesondere sind verschiedene Variationen und Modifikationen an den Komponententeilen und/oder den Anordnungen der gegenständlichen Kombinationsanordnung innerhalb des Bereichs der Offenbarung, der Zeichnungen und der angehängten Ansprüche möglich. Zusätzlich zu Variationen und Modifikationen an den Komponententeilen und/oder -anordnungen sind den Fachleuten ebenso alternative Verwendungen offenkundig.

Claims

System zur Steuerung eines Durchmessers eines Einkristallingots, wobei das System aufweist: einen Durchmesser-Messsensor, der einen Durchmesser eines Einkristallingots misst; ein Tiefpassfilter (LPF), das Störsignale kurzer Zeitdauer aus den von dem Durchmesser-Messsensor gemessenen Daten entfernt; eine Einheit, die aus den Daten am Ausgang des Tiefpassfilters eine Datenmittelwertszahl AVE in einer halben Zuchtkeimdrehperiode oder einem ganzzahligen Vielfachen hiervon ermittelt, und einen ADC-Sensor (Automatic Diameter Control), der den Durchmesser des Einkristallingots durch Steuern einer Zuggeschwindigkeit unter Verwendung von Daten als aktuelle Daten steuert, die die Datenmittelwertszahl AVE enthalten und bei denen die Störsignale entfernt sind; wobei das Tiefpassfilter aus einer Schaltung besteht, die einen Widerstand und einen Kondensator umfasst; wobei die Übertragungsfunktion des Tiefpassfilters durch die folgende Gleichung 1 definiert ist $V_{o u t} (s) = \frac{1}{R C_{s} + 1} V_{i n} (s)$
wobei der Wert der Zeitkonstanten (τf) des Tiefpassfilters, durch RC ausgedrückt (mit dem Widerstandswert R und dem Kapazitätswert C), in dem Bereich 1 bis 15 Sekunden liegt und die Datenmittelwertszahl AVE im Bereich von 105 bis 195 liegt.
System nach Anspruch 1, wobei das Tiefpassfilter Störsignale kurzer Zeitdauer oder nadelförmige Störsignale aus den gemessenen Daten entfernt.
System nach Anspruch 2, wobei ein Bereich der kurzen Zeitdauer zwischen 3 s und 20 s ist; und eine Zeitdauer des nadelförmigen Störsignals zwischen 0,75 s und 5 s ist.
Einkristallingot-Zuchtvorrichtung, umfassend das System zur Steuerung eines Durchmessers eines Einkristallingots nach einem der Ansprüche 1 bis 3.