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QUERBEZUG
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der U.S. Provisional-Anmeldung Nr. 61/740,809, die am 21. Dezember 2012 eingereicht worden ist, und deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit einbezogen wird.
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FELD
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Das Feld betrifft im Allgemeinen die Herstellung von Ingots aus Halbleiter- oder solargeeignetem Material, und mehr spezifisch Verfahren und Vorrichtungen zum Einfüllen und Ausgeben von Dotiermitteln während der Herstellung von Ingots.
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HINTERGRUND
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Einkristallines Silizium, das das Ausgangsmaterial für die meisten Verfahren zum Herstellen von elektronischen Halbleiterbauelementen und Solarzellen ist, wird im Allgemeinen durch sogenannte Continuous-Czochralski-(„CCz”) oder Czochralski(„Cz”)-Verfahren hergestellt. Bei diesen Verfahren wird Polysilizium in Form eines festen Ausgangsmaterials in einen Schmelztiegel geladen und geschmolzen, ein Impfkristall wird mit dem geschmolzenen Silizium oder einer Schmelze in Kontakt gebracht, und durch langsames Herausziehen wird ein Einkristall wachsengelassen.
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Um in dem Silizium einen gewünschten Widerstand zu erzielen, kann der Schmelze Dotiermittel zugefügt werden. Herkömmlich wird die Siliziumschmelze dotiert, indem ein Dotiermittel aus einem Einfülltrichter in die Schmelze eingebracht wird, der über der Siliziumschmelze angeordnet ist.
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Der typische Befüllvorgang des Einfülltrichters weist das individuelle händische Einlegen von kleinen Pellets in eine Spenderröhre des Dotiermittelspenders oder Fülltrichters auf. In einigen Anwendungen könnte ein Betreiber eine große Anzahl von Pellets individuell in der Spenderröhre positionieren müssen, beispielsweise 600 oder mehr Pellets. Es ist verständlich, dass dies ein sehr ermüdender Vorgang ist. Zusätzlich könnte die Handhabung der Pellets eine Verunreinigung verursachen und dadurch die Qualität des Siliziumerzeugnisses herabsenken. In Anbetracht des Obigen kann eingesehen werden, dass ein Bedarf nach einem einfachen und kosteneffektiven Ansatz besteht, um die mit dem Befüllen eines Dotiermittelspenders in Verbindung stehende Effizienz zu verbessern.
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Dieser „Hintergrund”-Abschnitt ist dazu gedacht, den Leser in verschiedene Aspekte der Technologie einzuführen, die mit den verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung verbunden sein mögen, welche im Folgenden beschrieben und/oder beansprucht werden. Es wird angenommen, dass diese Diskussion hilfreich ist durch das Bereitstellen von Hintergrundinformation für den Leser, um ein besseres Verständnis der verschiedenen Aspekte der vorliegenden Offenbarung zu ermöglichen. Dementsprechend soll davon ausgegangen werden, dass diese Angaben in diesem Licht gelesen werden sollen und nicht als Zugeständnisse von Stand der Technik.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein erster Aspekt betrifft einen Dotiermitteltrichter zum Füllen von Dotiermittelpellets in eine Spenderröhre eines Dotiermittelspenders. Der Dotiermitteltrichter weist einen Napf zur Aufnahme der Dotiermittelpellets und einen Schacht auf. Der Napf weist eine Drossel auf, um die Anzahl der Dotiermittelpellets zu messen und um die Dotiermittelpellets auszurichten. Der Schacht ist auf die Drossel ausgerichtet, um die Dotiermittelpellets aus dem Napf an die Spenderröhre zu liefern.
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Ein anderer Aspekt betrifft ein Verfahren zum Befüllen einer Spenderröhre eines Dotiermittelspenders zum Gebrauch in einem Kristallziehsystem mit einem Dotiermitteltrichter, der einen Napf aufweist, der über eine Drossel mit einem Schacht verbunden ist. Das Verfahren weist das Befüllen des Napfs des Dotiermitteltrichters mit zufällig ausgerichteten Dotiermittelpellets auf, das Positionieren des Schachts in Ausrichtung auf die Spenderröhre und das Verursachen einer vibrierenden Bewegung des Dotiermitteltrichters, um eine Bewegung der Dotiermittelpellets bezüglich des Dotiermitteltrichters hervorzurufen.
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Es existieren verschiedene Weiterbildungen der Merkmale, die in Verbindung mit den oben genannten Aspekten geschildert wurden. Weitere Merkmale mögen ebenfalls in die oben genannten Aspekte gleichfalls einbezogen werden. Diese Weiterbildungen und zusätzlichen Merkmale mögen einzeln oder in einer beliebigen Kombination bestehen. Beispielsweise mögen verschiedene Merkmale, die im Folgenden in Verbindung mit einem beliebigen der erläuterten Ausführungsbeispiele erörtert werden, in einen beliebigen der oben beschriebenen Aspekte alleine oder in irgendeiner Kombination einbezogen werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Vorderansicht eines Dotiermitteltrichters gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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2 ist eine Draufsicht auf den Dotiermitteltrichter gemäß 1;
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3 ist eine Seitenansicht des Dotiermitteltrichters gemäß der 1–2; und
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4 ist eine perspektivische Vorderansicht des Dotiermitteltrichters gemäß 1–3 beim Befüllen einer Vielzahl von Dotiermittelpellets in eine Spenderröhre eines Spenders.
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Entsprechende Bezugszeichen bezeichnen entsprechende Teile über sämtliche Ansichten der Zeichnungen hinweg.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Mit Verweis auf 1 und 2 wird allgemein ein Dotiermitteltrichter zum Gebrauch beim Befüllen mit Dotiermittel mit 100 bezeichnet. Der Trichter 100 ist für das Füllen von Dotiermittelpellets in eine Spenderröhre eines Dotiermittelspenders eines Einkristallziehsystems eingerichtet, obwohl andere Anwendungen des Trichters erwogen werden können. Der Dotiermitteltrichter 100 ist geeigneterweise aus einem hochreinen Material hergestellt, wie beispielsweise einem hochreinen Quarz, um mögliche Verunreinigungen der Dotiermittelpellets zu reduzieren oder zu vermeiden.
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Wie in 4 dargestellt, weist der Dotiermitteltrichter 100 einen Napf 110 zum Aufnehmen einer Vielzahl von Dotiermittelpellets 190 auf. Der Napf 110 bestimmt einen Hohlraum 112, der mit einer Öffnung in Form einer Drossel 114 verbunden ist, um das Ausrichten der Dotiermittelpellets 190 zu unterstützen, während die Dotiermittelpellets aus dem Napf durch die Drossel hindurchgehen. Die Drossel 190 dient dazu, während des Betriebs des Dotiermitteltrichters 100 die den Napf 110 verlassende Anzahl der Dotiermittelpellets zu messen.
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Ein Schacht 120 ist mit dem Napf 110 um die Drossel 114 herum verbunden und erstreckt sich von da aus nach außen. Der Schacht 120 weist einen geraden halbzylindrischen Körper 126 mit zu jeder Seite benachbarten Ablenkplatten 122 auf, um das Ausrichten der Dotiermittelpellets 190 auf den Schacht zu unterstützen und um zu verhindern, dass unausgerichtete Dotiermittelpellets hierdurch vorbei gelangen. Der unterste Teil des Schafts 120 bildet eine Rinne 124, welche eine Länge aufweist und einen Boden 128, um die Dotiermittelpellets zu stützen, während sich die Dotiermittelpellets entlang der Länge der Rinne bewegen.
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Die Ablenkplatten 122 enden bei einer Entfernung, die in etwa einer Durchmesserlänge eines Pellets ausgehend von dem Boden 128 der Rinne 124 entspricht. Die Ablenkplatten 122 sind so dimensioniert und geformt, dass sie es ausgerichteten Pellets 190 ermöglichen, an den Ablenkplatten 122 vorbei zu passieren, und dass sie unausgerichtete Pellets 190 daran hindern daran vorbei zu passieren. Die Form und Größe der Ablenkplatten 122 und ihre relativen Positionen orientieren sich an der Größe der Pellets 190. Die Ablenkplatten 122 sind entlang der Longitudinalachse der Rinne voneinander beabstandet. In anderen Ausführungsbeispielen mag der Schacht zumindest eine Ablenkplatte aufweisen, die gegenüber einer anderen Ablenkplatte angeordnet ist.
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Dotiermittelpellets dieses Ausführungsbeispiels weisen eine standardisierte oder spezifische Größe und Masse oder Gewicht auf, so dass die exakte Menge des Dotiermittels bekannt ist, welche dem Kristallziehsystem zugeführt wird. Die Dotiermittelpellets weisen einen standardisierten Pelletdurchmesser oder -breite und eine standardisierte Pelletlänge auf. Als Folge davon kann ein konstanter Waferwiderstand erreicht werden, indem eine vorherbestimmte Anzahl von Pellets ausgegeben wird. Während des Transports oder Befüllens können die Dotiermittelpellets brechen, was zu einem gebrochenen Dotiermittelpellet führt, welches einen Durchmesser oder eine Länge aufweist, die geringer als die standardisierte ungebrochene Größe ist.
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Der Schacht 120 weist zumindest einen Schlitz 130 auf, der entlang des Bodens 128 der Rinne 124 angeordnet ist, um gebrochene Pellets während des Füllvorgangs zu entfernen oder auszusondern. Der Schlitz 130 weist eine Schlitzlänge auf, die geringer als die standardisierte Pelletlänge ist und eine Breite, die im Wesentlichen gleich dem standardisierten Pelletdurchmesser ist. Während sich die Pellets 190 über die Länge des Schachtes 120 und über den Schlitz 130 bewegen, ist es gebrochenen Pellets nicht möglich, die Länge des Schlitzes zu passieren, und sie werden daher abwärts durch den Schlitz 130 fallen gelassen.
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Mit zusätzlichem Verweis auf 4 erlaubt es die oben beschriebene Konstruktion dem Kristallziehsystem 200, mit einem Dotiermittelspender 202 befüllt zu werden, der eine bekannte Menge des Dotiermittels aufweist, was es dem Spender ermöglicht, eine spezifische Menge des Dotiermittels während des Kristallherstellungsprozesses abzugeben. Dementsprechend kann der Widerstand des Produkts durch die Menge des in die Spenderröhre 202 eingefüllten Dotiermittels bestimmt werden.
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Der Schacht 120 endet in einer Ausgaberöhre 140. Die Ausgaberöhre 140 weist einen Durchgang 142 auf, der in einer Öffnung 144 mündet, die so bemessen ist, dass sie darin einen Teil der Spenderröhre 204 aufnimmt/empfängt, und dass sie die Pellets 190 innerhalb der Rinne 124 auf einen Durchgangsweg 206 ausrichtet, der sich durch die Spenderröhre erstreckt. Die Ausrichtung der Ausgaberöhre 140 auf die Spenderröhre 204 ermöglicht es den Dotiermittelpellets 190, ungehindert von dem Schacht 120 in die Ausgaberöhre zu gelangen.
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Um die Bewegung und nachfolgende Ausrichtung der Pellets 190 auf den Durchgangsweg 206 zu ermöglichen, weist der Trichter 100 einen ersten Vibrator 150 und einen zweiten Vibrator 160 auf, wie in 3 gezeigt ist. Der erste Vibrator 150 ist an dem Napf 110 befestigt, um eine anfängliche Bewegung der Pellets 190 für die Ausrichtung und den Durchgang durch die Drossel 114 hervorzurufen. Der zweite Vibrator 160 ist entlang des Schachtes 120 angeordnet, um die Ausrichtung und den Durchgang der Pellets 190 durch die Ablenkplatten 122 und entlang der Länge des Schachtes zu ermöglichen. In anderen Ausführungsbeispielen können mehr oder weniger Vibratoren an den gleichen oder an anderen Orten entlang des Dotiermitteltrichters benutzt werden.
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In einigen Ausführungsbeispielen ist ein Vibrator 150, 160 neben einer von der Drossel 114 und der Ablenkplatte 122 angeordnet.
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Im Betrieb füllt ein Betreiber den Napf 110 mit zufällig ausgerichteten Pellets 190. Der Dotiermitteltrichter 100 wird auf die Spenderröhre 204 ausgerichtet und die Ausgaberöhre 140 wird über die Spenderröhre platziert. Der Betreiber aktiviert dann die Vibratoren 150, 160, die eine Vibrationsbewegung verursachen. Die Vibrationsbewegung veranlasst die Pellets 190 sich zu bewegen und ihre Lage bezüglich des Trichters 100 zu verändern. Während sich die Pellets 190 bewegen und ihre Lage verändern, werden einige der Pellets auf die Drossel 114 ausgerichtet und bewegen sich aus dem Napf 110 heraus und den Schacht 120 herab. Während die Pellets 190 zwischen der Drossel 114 und den Ablenkplatten 122 bewegt werden, fallen sämtliche gebrochenen Pellets durch die Schlitze 130 aus dem Trichter 100 heraus. Sämtliche nicht ausgerichtete Pellets werden dann ausgerichtet, während die Pellets 190 die Ablenkplatten 122 passieren.
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Die für das Befüllen der Pellets benötigte Zeit mag bei Verwendung des oben angeführten Verfahrens verringert werden, beispielsweise von etwa 30 bis 40 Minuten auf weniger als etwa 5 Minuten.
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Sind die Pellets 190 erst einmal ausgerichtet und sämtliche gebrochenen oder geschädigten Pellets ausgesondert, passieren die Pellets die Länge des Schachtes 120 und durch die Ausgaberöhre 140 und in die Spenderröhre 202.
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Die Benutzung der obigen Ausführungsbeispiele reduziert den Kontakt und somit das Risiko einer Verunreinigung des Dotiermittels. Wie oben beschrieben wird, muss der Betreiber die Pellets nicht berühren. Da das Berühren mit möglicherweise verunreinigten Händen oder Handschuhen das Dotiermittel verunreinigen kann, reduziert die Reduktion des Kontaktes das Risiko der Verunreinigung. Zusätzlich reduziert die Benutzung des Dotiermitteltrichters signifikant die Zeit, die zum Befüllen der Spenderröhren benötigt wird. Diese Reduktion des Risikos und die verbesserte Effizienz erhöhen nicht nur die gesamte Produktion des Kristallherstellungssystems, sondern verringern auch die Gesamtbetriebskosten.
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Wenn Merkmale der vorliegenden Offenbarung oder Ausführungsbeispiele davon eingeführt werden, sind die Artikel „ein”, „eine”, „die, der, das” und „dieses, dieser, diese” in der Bedeutung so gedacht, dass es eines oder mehrere dieser Merkmale gibt. Die Begriffe „aufweisend”, „beinhaltend” und „habend” sind einschließend gedacht und bedeuten, dass es zusätzliche Elemente geben kann, die sich von den aufgeführten Elementen unterscheiden. Die Benutzung der Begriffe, die eine spezielle Ausrichtung angeben (beispielsweise „oben”, „unten”, „Seite” etc.), wird der Einfachheit der Beschreibung wegen gewählt und verlangt nicht eine spezifische Ausrichtung des beschriebenen Elements.
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Da verschiedene Änderungen der obigen Konstruktionen und Verfahren durchgeführt werden können, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, ist beabsichtigt, dass alle Gegenstände, die in der obigen Beschreibung enthalten sind und in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind, als Veranschaulichung interpretiert werden sollen und nicht in einem beschränkenden Sinne.
