DE69104517T2

DE69104517T2 - Verfahren zur automatischen Steuerung der Züchtung des Halsteiles eines Einkristalles nach dem Czochralski-Verfahren.

Info

Publication number: DE69104517T2
Application number: DE69104517T
Authority: DE
Inventors: Masahiko Baba; Hiroshi Ohtsuna
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 1990-02-28
Filing date: 1991-02-27
Publication date: 1995-03-09
Anticipated expiration: 2011-02-28
Also published as: EP0444628A1; JPH03252388A; EP0444628B1; DE69104517D1; US5183528A; JPH06102590B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Regelung des Wachstums eines Halsabschnittes zwischen einem Keimkristall und einem Konusabschnitt eines Einkristalls, das in einer Vorrichtung zur Einkristallzucht durch das Czochralski-Verfahren eingesetzt werden kann.
Bei einer Vorrichtung zur Einkristallzucht durch das CZ-Verfahren gibt es ein etabliertes Verfahren zur automatischen Regelung, das nur für die zylindrischen Abschnitte des gezüchteten Einkristalls eingesetzt werden kann, die nach einem Konusabschnitt gewachsen sind. Das Wachstum des Halsabschnittes des Einkristalls, der seit der Einleitung des Kristallwachstums bis zum Wachstum eines Konusabschnittes gewachsen ist, wird jedoch von einer Fachperson manuell geregelt. Dies ist dadurch begründet, daß es komplizierte Regelungsvorschriften gibt, womit Versetzungen von der Kristalloberfläche im Halsabschnitt ausgeschlossen werden. Zum Beispiel sollte im Halsabschnitt der Durchmesser des gezüchteten Kristalls auf einen Wert von ungefähr 2-5 mm reduziert werden; der Kristall sollte mit einer relativ hohen Geschwindigkeit von nicht unter 2 mm/Min. hochgezogen werden; der Absolutwert der Durchmesserabweichung sollte so geregelt werden, daß er nicht über ca. 0,5 mm liegt und der reduzierte Abschnitt sollte auf eine Länge gezüchtet werden, die mehr als zehnmal so groß sein soll wie dieser Durchmesser. Der Vorgang, den Kristall mit einer gewünschten Konfiguration des reduzierten Abschnittes zu züchten, der frei von Versetzungen werden soll, worauf ein unübliches Anwachsen des Kristalldurchmessers folgen muß, ist so schwierig, daß selbst einer Fachperson ein solcher Vorgang nur mit einer Fehlerrate von etwa 10% gelingen wird. Wenn der Kristalldurchmesser zu sehr verringert wird, dann wird das untere Ende des Kristalls oft von der Schmelzeoberfläche abgeschnürt, wodurch das Wachstum nicht mehr fortgesetzt werden kann, oder wenn es nicht abgeschnürt wird, dann kann der verringerte Durchmesserabschnitt nicht stark genug sein, einen normalerweise gezüchteten zylindrischen Abschnitt zu halten. Wenn im Gegensatz dazu der Kristalldurchmesser zu dick ist, können Versetzungen nicht ausreichend ausgeschlossen werden, wodurch der Wachstumsvorgang nicht zum Schritt des Wachstums des Konusabschnittes fortfahren kann.
Japanische Patentauszüge, Band 10, Nr. 23 (C-325) [2080], 29.01.1986; JP-A-60-176989 offenbart ein Verfahren zur Zucht eines Halsabschnittes eines Einkristalls durch das CZ-Verfahren, wobei die Heizleistung während des Wachstums des gesamten Halsabschnittes des Kristalls fortlaufend geregelt wird. Während dieses Vorgangs wird der Kristall mit einer konstanten Geschwindigkeit hochgezogen.
Die US-A-3958129 offenbart ein Verfahren zur Zucht des Halsabschnittes eines Einkristalls durch das CZ-Verfahren, wobei der Keimkristall mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit zur Bildung des Halsabschnittes hochgezogen wird. Es erfolgt keine Bezugnahme auf den Durchmesser des Kristalls zur Regelung der Hochziehgeschwindigkeit.
Die US-A-3621213 zeigt ein entsprechendes Verfahren, bei dem während des Wachstums des Halsabschnittes die Heizleistung nur entsprechend vorberechneter und im Computer gespeicherter Daten geändert wird, die in Form von inkrementalen Leistungsänderungen bei vorgegebenen Prozesszeitstufen ausgegeben werden. Das bedeutet, daß in der sogenannten Halsphase keine tatsächliche Regelung des Kristallwachstums stattfindet, da alle anderen überwachten Verfahrensvariablen und im besonderen die Hochziehgeschwindigkeit des Kristalls konstant gehalten werden.
Zusammenfassend zeigt der vorbekannte Stand der Technik kein Verfahren zur automatischen Regelung des Wachstums eines Einkristall-Halsabschnittes durch das CZ-Verfahren.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

In Anbetracht der oben aufgeführten Probleme ist es deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur automatischen Wachstumsregelung eines Einkristall-Halsabschnittes durch das CZ-Verfahren vorzusehen.
Der Halsabschnitt kann in der gleichen Weise wie der Konusabschnitt oder der zylindrische Abschnitt gezüchtet werden, wenn der Kristalldurchmesser durch Regulieren der Geschwindigkeit, mit der der Kristall hochgezogen wird, geregelt wird, er kann jedoch nicht so gezüchtet werden, wenn der Kristalldurchmesser durch Regulieren der Temperatur einer Schmelze geregelt wird. Der Gmnd dafür ist, daß der Kristalldurchmesser deutlich geringer auf die Schmelzetemperatur anspricht als auf die Geschwindigkeit, mit der der Kristall hochgezogen wird, und daher würde die Durchmesserabweichung einen tolerierbaren Wert im reduzierten Durchmesser-Abschnitt überschreiten, wenn der Kristalldurchmesser durch Regulieren der Schmelzetemperatur während des Wachstums des reduzierten Durchmesser-Abschnittes in der gleichen Weise wie bei der Züchtung des Konusabschnittes oder des zylindrischen Abschnittes geregelt wird.
Um jedoch die Regelbarkeit des Halsabschnitt-Durchmessers zu verbessern, sollte nicht nur die Kristall-Hochziehgeschwindigkeit, sondern auch die Schmelzetemperatur in irgendeiner Weise in die Durchmesserregelung miteinbezogen werden, da der Kristalldurchmesser sowohl von der Schmelzetemperatur als auch von der Kristall-Hochziehgeschwindigkeit weitgehend abhängt.
Gemäß der vorliegenden Erfingung wird die obengenannte Aufgabe gelöst, indem die Schmelzetemperatur in moderater Weise in die folgenden Durchmesserregelungsverfahren miteinbezogen wird:
(1) Gemäß Anspruch 1 umfaßt ein Verfahren zur automatischen Regelung des Wachstums eines Einkristall-Halsabschnittes zwischen einem Keimkristall und einem Konusbereich eines Einkristalls durch das CZ-Verfahren folgende seriell wiederholte Schritte:
Konstanthalten einer einer Heizung zum Erhitzen einer in einem Schmelztiegel enthaltenen Schmelze zugeführten Heizleistung über einen Zeitabschnitt;
Regeln einer Hochziehgeschwindigkeit des aus der genannten Schmelze wachsenden Einkristalls, so daß sich ein Durchmesser des unteren Endes des Einkristalls einem Referenzwert während des genannten Zeitabschnittes nähert;
wiederholtes Messen dieser Geschwindigkeit während des genannten Zeitabschnittes (118 - 124); und
Modifizieren der genannten Heizleistung auf der Basis der Differenz zwischen dem Durchschnittswert der genannten Geschwindigkeit und einem Zielwert der genannten Geschwindigkeit nach dem genannten ersten Zeitabschnitt (126 - 130).
Eine bevorzugte Ausführung dieses Verfahren ist durch Anspruch 2 gegeben und beinhaltet folgende Schritte:
(110, 112) Hochziehen des Keimkristalls (30) mit einer konstanten Geschwindigkeit über einen zweiten Zeitabschnitt zur Züchtung des Einkristalls (32) wobei die genannte Heizleistung konstant gehalten wird;
(113) Messen eines Durchmessers des unteren Endes des genannten Einkristalls nach Ablauf des genannten zweiten Zeitabschnittes; und
(114) Modifizieren der genannten Heizleistung auf der Basis der Differenz zwischen dem gemessenen Durchmesser und dem genannten Zielwert des genannten Durchmessers.
Es ist möglich, die Erfolgsrate der automatischen Halsabschnittsregelung zu verbessern, indem das Verfahren gemäß Anspruch 1 nach den Verfahrensschritten von Anspruch 2 ausgeführt wird.
In diesem Fall können die Verfahrensschritte von Anspruch 1 sofort nach Abschluß der Verfahrensschritte von Anspruch 2 begonnen werden, da zu dem Zeitpunkt, in dem die letztgenannten Schritte abgeschlossen sind, noch kein gedrosselter Abschnitt mit reduziertem Durchmesser erreicht ist. Mit einem gemäß Anspruch 3 zwischen die Verfahrensschritte von Anspruch 2 und 1 eingeschobenen vorgegebenen dritten Zeitabschnitt von z.B. 5 Minuten kann die Schmelzetemperatur durch die an der der Heizung zugeführten Leistung vorgenommene Modifizierung stabilisiert werden, so daß das Verfahren nach Anspruch 1 effektiver durchgeführt werden kann.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Eine Ausführung der vorliegenden Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
Fig. 1 ein Blockdiagramm ist, das die Anordnung der Hauptteile einer automatischen Vorrichtung zum Wachstum eines Einkristall-Halsabschnittes zeigt;
Fig. 2A - 2C Flußdiagramme sind, die die Regelungssequenz für das Wachstum des Halsabschnittes unter Verwendung eines Mikrocomputers 58 zeigen;
Fig. 3 eine graphische Darstellung ist, die ein Beispiel eines Eingangzu-Ausgang-Verhältnisses einer Durchmesser-Einstelleinheit 42 zeigt; und
Fig. 4 eine graphische Darstellung der durch Implementieren der Ausführungsform erhaltenen Daten ist, die die Anderung der Hochziehgeschwindigkeit V, des Kristalldurchmessers D und der Schmelzeoberflächentemperatur T gegenüber der verstrichenen Zeit t seit dem Hochzieh-Startzeitpunkt des Einkristalls zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Fig. 1 zeigt die Hauptteile einer automatischen Vorrichtung zur Zucht eines Einkristall-Halsabschnittes, bei der das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
Auf einem an der Oberseite eines Schafts 10 angebrachten Tisch 12 ist ein Graphittiegel 14 angebracht, in den ein Quarztiegel 16 eingepaßt ist. Der Graphittiegel 14 ist von einer Heizung 18 umgeben, die wiederum von einem Graphit-Wärmeisolierstoff 20 umgeben ist. In den Quarztiegel 16 wird ein Stück polykristallines Silizium gegeben, und der Heizung 18 wird Strom zugeführt, um das polykristalline Silizium in eine Schmelze 22 zu schmelzen.
Ein Keimkristall 30 ist über einen Keimhalter 28 am unteren Ende eines Drahtes 26 angebracht, und kann von einem Motor, der sich oberhalb der Schmelze 22 befindet, auf- und abbewegt werden. Der Keimkristall 30 liegt so, daß sein unteres Ende mit der geschmolzenen Oberfläche 22S der Schmelze 22 in Kontakt gelangt und wird dann hochgezogen, wobei ein Silizium-Einkristall 32 am freien Ende des Keimkristalls 30 wächst. Das Wachstum des Silizium-Einkristalls 32 findet in einer Kammer 34 statt, aus der durch Argongas die Luft ausgetrieben ist.
Um den Durchmesser D des unteren Endes des Silizium-Einkristalls 32 zu messen, ist eine CCD-Kamera 38, deren optische Achse auf das Zentrum der Schmelzeoberfläche 22S gerichtet ist, oberhalb eines an der Schulter der Kammer 34 vorgesehenen Sichtfensters 36 angebracht. Ein Videoausgangssignal von der CCD-Kamera 38 wird einer Durchmesser-Meßeinheit 40 zugeführt, die durch Bildverarbeitung den Durchmesser D eines an der Grenzfläche zwischen dem Silizium-Einkristall 32 und der Schmelzeoberfläche 22S gebildeten Lumineszenzrings, d.h. dem Durchmesser D des unteren Endes des Silizium-Einkristalls 32, bestimmt. Da der Durchmesser des Silizium-Einkristalls 32 an seinem gedrosselten Abschnitt reduziert ist, verfügt die CCD-Kamera 38 über einen hohen Vergrößerungsfaktor für eine hohe Präzision bei Messungen, so daß die Breite einer Abtastlinie einer Ist-Abmessung von z.B. 0,05 mm entspricht.
Hinsichtlich des Kristalldurchmessers D wird ein Zielwert DO in Abhängigkeit der Länge L des Silizium-Einkristalls 32 in einer Durchmesser-Einstelleinheit 42 abgespeichert, die durch einen Speicher gebildet ist. Das Verhältnis zwischen der Kristallänge L und dem Zieldurchmesser DO ist z.B. ein in Fig. 3 gezeigtes Verhältnis. Die Kristallänge L wird von einem Vorwärts-Rückwärts-Zähler 46 abgeleitet, der die Anzahl der von einer Dreh-Codiereinrichtung 44 ausgegebenen Impulse zählt, deren Rotationsachse mit der Antriebswelle des Motors 24 verbunden ist. Der Zählerstand des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 46 wird gelöscht, wenn sich der Keimkristall 30 an seiner oberen Grenzposition befindet oder in Kontakt mit der Schmelzeoberfläche 22S gelangt ist. Der Kontakt kann z.B. durch eine Anordnung abgetastet werden, bei der zwischen dem Draht 26 und dem Schaft 10 eine Spannung angelegt wird, wobei ein durch diese fließender elektrischer Strom als Indikator für den stattgefundenen Kontakt erfaßt wird.
Die Vorrichtung zur Zucht eines Einkristalls ist so ausgelegt, daß sie die Hochziehgeschwindigkeit V des Drahtes 26 kaskadenartig so regelt, daß sich der Kristalldurchmesser D dem Zielwert DO nähert.
Im wesentlichen werden der Kristalldurchmesser D und der Zieldurchmesser DO einem PID-Regler 48 zugeführt. Einem Regler 50 für einen drehzahlveränderlichen Motor wird eine Ausgangsspannung EVO aus dem PID-Regler 48 als der durch die Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors 24 zu erreichende Zielwert zugeführt. Das Ausgangssignal der Dreh-Codiereinrichtung 44 wird von einem Frequenz-Spannungs-Wandler 52 in eine Spannung EV umgewandelt, die proportional zu der Frequenz ist. Die Spannung EV wird als Rückkopplungsgröße dem Regler 50 für den drehzahlveränderlichen Motor zugeführt. Der Regler 50 für den drehzahlveränderlichen Motor ist gewöhnlich ein PID-Regler. Der Regler 50 wird die Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors 24 oder die Hochziehgeschwindigkeit V des Drahtes 26 mittels eines analogen Umschalters 54 und eines Treibers 56 so regeln, daß EV sich EVO nähert. Dieser analoge Umschalter 54 ist so ausgelegt, daß er entweder das Ausgangssignal aus dem Regelmotor-Regler 50 oder das Ausgangssignal eines Mikrocomputers 58 dem Treiber 56 wahlweise zuführen kann. Wenn eine Closed-Loop-Regelung zur Konstanthaltung der Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors 24 bewirkt werden soll, wird das Ausgangssignal des Mikrocomputers 58 eingesetzt.
Der Kristalldurchmesser D ist weitgehend abhängig von der Temperatur der Schmelze 22, wird aber immer noch schneller auf die Einkristall-Hochziehgeschwindigkeit ansprechen. Zur Regelung der Schmelzetemperatur, um den Kristalldurchmesser D des Halsabschnittes einzustellen, der einen tolerierbaren Abweichungsbereich von CL +/- 0,5 mm für die Durchmesserregelung aufweist, ist eine besondere Regelart notwendig, die sich von der unterscheidet, die beim Konusabschnitt oder geraden Hauptabschnitt des gewachsenen Einkristalls eingesetzt wird. Somit ist die Einkristallzucht-Vorrichtung wie folgt angeordnet, um die Leistungszufuhr an die Heizung 18 in der Weise zu regeln, daß der Kristalldurchmesser D sich dem Zielwert DO nähert.
Insbesondere ist ein Zweifarben-Pyrometer 62 oberhalb eines an der Schulter der Kammer 34 angebrachten Fensters 60 vorgesehen, wobei die optische Achse des Pyrometers auf einen Punkt der Schmelzeoberfläche 22S gerichtet ist, der sich in einigem Abstand vom Mittelpunkt der Schmelzeobeffläche 22S links in Fig. 1 befindet. Ein Ausgangssignal des Zweifarben-Pyrometers 62 wird nach seiner Umwandlung durch einen Analog-Digital-(A/D)-Wandler 64 in digitale Form dem Mikrocomputer 58 zugeführt. Der Mikrocomputer 58 berechnet eine Einstellgröße zur elektrischen Leistungszufuhr an die Heizung 18, um die an die Heizung 18 gelieferte Leistung mittels eines Treibers 66 einzustellen, wobei der Kristalldurchmesser D aus der Durchmesser-Meßeinheit 40, die Hochziehgeschwindigkeit V aus der Dreh-Codiereinrichtung 44 (da "V" umgekehrt proportional zur Periode des Ausgangsimpulses aus der Dreh-Codiereinrichtung 44 ist, wird diese Periode zur Berechnung der Geschwindigkeit V durch Software bestimmt) und die Schmelzeoberflächentemperatur T aus dem A/D-Wandler 64 verwendet werden, wie es später noch genauer beschrieben wird.
Als nächstes wird die durch den Mikrocomputer 58 ausgeführten Regelsequenz zur Wachstumsregelung eines Einkristall-Halsabschnittes, wie in den Fig. 2A - 2C angegebenen, beschrieben. Die einzelnen Schritte dieser Sequenz werden grob in die folgenden Phasen A) - C) eingeteilt, die jeweils den Fig. 2A - 2C entsprechen.

A) REGELUNG BIS BEGINN DES HOCHZIEHENS

SCHRITT 100: Der Keimkristall 30 befindet sich am Anfang in seiner oberen Grenzposition. Dann wird die Schmelzeoberflächentemperatur T aus dem A/D-Wandler M ausgelesen und der Heizung 18 wird über den Treiber 66 Strom zugeführt, so daß sich der Wert der Schmelzeoberflächentempera tur T einer vorgegebenen Temperatur nähert. Diese vorgegebene Temperatur ist die Temperatur, die ausgewählt wurde, um den Durchmesser des Silizium-Einkristalls 32 dem Durchmesser des Keimkristalls 30, z.B. 10 mm, anzugleichen, wenn der Keimkristall 30 mit einer konstanten Geschwindigkeit von z.B. 2 mm/Min. hochgezogen wird, und diese Temperatur wird empirisch festgelegt.
SCHRITT 102: Der analoge Umschalter 54 wird auf die dem Mikrocomputer 58 zugeordnete Stellung umgeschaltet, um den Motor 24 einzuschalten, um den Draht 26 mit einer konstanten Geschwindigkeit abzusenken. Der Motor 24 wird kurz bevor das untere Ende des Keimkristalls 30 mit der Schmelzeoberfläche 22S in Kontakt gelangt abgeschaltet. Die Stopposition des Keimkristalls wird bestimmt, wenn der Zählerstand des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 46 einen vorgegebenen Wert erreicht hat.
SCHRITT 104: Zum Vorheizen des Keimkristalls 30 kann ein vorgegebener Zeitabschnitt, z.B. 7 Minuten, verstreichen.
SCHRITF 106: Der Motor 24 wird betrieben, um den Keimkristall 30 abzusenken, bis das untere Ende des Keimkristalls 30 in Kontakt mit der Schmelze 22 gelangt.
SCHRITT 108: Um das untere Ende des Keimkristalls 30 in engen Kontakt mit der Schmelzeoberfläche zu bringen, kann ein vorgegebener Zeitabschnitt, z.B. 5 Minuten, verstreichen.
Die vorgenannten Schritte 100 - 108 sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt.

B) HOCHZIEHEN MIT KONSTANTER GESCHWINDIGKEIT

SCHRITT 110: Anschließend wird der Motor 24 wieder eingeschaltet, um den Keimkristall 30 mit einer konstanten Geschwindigkeit, z.B. 2 mm/Min., hochzuziehen.
SCHRITT 112: Ein vorgegebener Zeitabschnitt von z.B. 5 Minuten kann verstreichen, um zu sehen, ob die Temperatur der Schmelze 22 passend ist oder nicht.
SCHRITT 113: Der Motor 24 wird abgeschaltet und der Kristalldurchmesser D wird aus der Durchmesser-Meßeinheit 40 ausgelesen.
SCHRITT 114: Eine sich auf die der Heizung 18 zuzuführende elektrische Leistung beziehende Einstellgröße ΔP wird in Abhängkeit von der Differenz zwischen dem Ist-Wert D und dem erwarteten Wert des Kristalldurchmessers berechnet. Solch ein erwarteter Wert ist in dieser Ausführungsform äquivalent zur Ausgangsgröße DO der Durchmesser-Einstelleinheit 42. Die der Heizung 18 zugeführte elektrische Leistung wird vom vorliegenden Wert um das berechnete ΔP geändert. Das ΔP wird z.B. aus der folgenden Gleichung errechnet:
ΔP = K(D - DO) ... (1)
SCHRITT 116: Ein vorgegebener Zeitabschnitt, z.B. 5 Minuten, kann verstreichen, so daß die Temperatur der Schmelze 22 stabil werden kann.

C) REGELUNG DES DURCHMESSERS DES GEDROSSELTEN ABSCHNITTES

SCHRITT 118: Der analoge Umschalter 54 wird auf die dem Regler 50 für den drehzahlveränderlichen Motor zugeordnete Stellung umgeschaltet und der Motor 24 wird zur PID-Regelung der Hochziehgeschwindigkeit des Drahtes 26 eingeschaltet.
SCHRITT 120: Um den Durchschnittswert der Hochziehgeschwindigkeit V über einen vorgegebenen Zeitabschnitt tO, z.B. 10 Minuten, zu erhalten, wird der vorliegende Wert der Hochziehgeschwindigkeit V der Summe S hinzugefügt, um einen neuen Wert für die Summe S zu erhalten. Der Urspmngswert der Summe S ist 0.
SCHRITT 122: Ein Vergleich wird zwischen den Werten der Kristallängen L und LO angestellt. Dieses "LO" dient zur Bestimmung des Zeitpunkts, an dem das Wachstum des Halsabschnittes abgeschlossen werden soll, und hat einen Wert von z.B. 150 mm. Wenn L < LO, dann fährt die Regelung mit dem nächsten Schritt 124 fort.
SCHRITT 124: Ein Vergleich wird zwischen den Werten von TO und der verstrichenen Zeit t seit dem Zeitpunkt, an dem der Schritt 118 zum ersten Mal ausgeführt wurde, angestellt. Wenn t < tO, dann fährt die Regelung mit dem nächsten Schritt 118 fort. Wenn t ≥ tO, dann fährt die Regelung mit dem nächsten Schritt 126 fort.
SCHRITT 126: Der Durchschnittswert der Hochziehgeschwindigkeit , d.h. = S/N, wird abgeleitet. Dieses "N" stellt die Häufigkeit dar, in der die Schrittserie 118 - 124 wiederholt wurde.
SCHRITT 128: Ein Vergleich wird zwischen den Werten - VS und ΔV angestellt. Dieses "VS" stellt den Zielwert der Hochziehgeschwindigkeit des gedrosselt Abschnittes dar und hat im Falle von Fig. 4 einen Wert von 3,5 mm/Min. AV hat einen Wert von z.B. 0,5 mm/Min. Wenn - VS ≥ ΔV, dann fährt die Regelung mit dem nächsten Schritt 130 fort. Andernfalls wird Schritt 130 übergangen und die Regelung fährt direkt mit dem Schritt 132 fort, um die Temperaturänderung zur Verringerung der Regelabweichung des Durchmessers zu mäßigen.
SCHRITT 130: Eine sich auf die der Heizung 18 zuzuführende elektrische Leistung beziehende Einstellgröße ΔP wird in Abhängkeit von dem Wert von - VS berechnet. Die der Heizung 18 zugeführte elektrische Leistung wird vom vorliegenden Wert um das berechnete ΔP geändert. Die Gleichung für diese Berechnung kann z.B. wie folgt ausgedrückt werden:
ΔP = K( - VS) ... (2)
SCHRITT 132: Ein Wert von t&sub1;, z.B. 10 Minuten, wird dem Wert von tO hinzugefügt, um einen neuen Wert von tO zu erhalten und die Summe S wird zu 0 geändert. Die Regelung kehrt dann zurück zum obengenannten Schritt 120.
Wenn L ≥ LO in Schritt 122 hergestellt ist, dann wird die Regelung des Wachstums des Halsabschnittes abgeschlossen und die Regelung des Wachstums eines Konusabschnittes wird eingeleitet.
Gemäß den vorgenannten Regelschritten kann ein Halsabschnitt mit einer hohen Erfolgsrate automatisch gezüchtet werden.
Fig. 4 zeigt die als Resultat auf die vorgenannte Regelungsfolge entstehende Änderung des Kristalldurchmessers D, der Hochziehgeschwindigkeit V und der Schmelzeoberflächentemperatur T gegenüber der verstrichenen Zeit t seit dem Hochzieh-Startzeitpunkt des Einkristalls. In diesem Beispiel wird der genannte vorgegebene Zeitabschnitt in den Schritten 112 und 116 auf 5 Minuten eingestellt; der Zielwert des Durchmessers DO gegenüber der Kristallänge L ist identisch mit dem aus Fig. 3; VS in Schritt 128 hat einen Wert von 3,5 mm/Min.; ΔV hat einen Wert von 0,5 mm/Min.
Die Regelung des Wachstums eines Halsabschnittes wurde 170 mal unter solchen Bedingungen mit einer Erfolgsrate von ungefähr 90% durchgeführt. Dies entspricht ungefähr der Erfolgsrate der manuellen Regelung durch eine Fachperson.

Übersetzung der in den Figuren verwendeten fremdsprachigen Bezeichnungen

Fig. 1

DRIVER = Treiber
MOTOR CONTROLLER = Motor-Regler
CLEAR SIGNAL = Löschsignal
COUNTER = Zähler
DIAMETER MEASURE = Durchmesser-Messung
PID CONTROLLER = PID-Regler
DIAMETER SETTER = Durchmesser-Einsteller
MICROCOMPUTER = Mikrocomputer

Fig. 2A

START = Start
SET THE MELT SURFACE TEMPERATURE TO A REFERENCE VALUE = Einstellen der Schmelzeoberflächentemperatur auf einen Referenzwert
DOWN A SET LENGTH = Absenken über eine eingestellte Länge
SET TIME ELAPSED? = Eingestellte Zeit verstrichen?
DOWN TO THE MELT SURFACE = Absenken auf Schmelzeoberfläche

Fig. 2B

PULL UP AT A CONSTANT SPEED = Hochziehen mit einer konstanten Geschwindigkeit
SET TIME ELAPSED? = Eingestellte Zeit verstrichen?
MOTOR OFF, MEASURE DIAMETER = Motor abgeschaltet, Messen des Durchmessers
MODIFY HEATER POWER = Modifizieren der Heizleistung

Fig. 2C

PULL UP WlTH A PID ACTION = Hochziehen mit einer PID-Aktion
END = Ende
MODIFY HEATER POWER = Modifizieren der Heizleistung

Claims

1. Verfahren zur automatischen Regelung des Wachstums eines Einkristall- Halsabschnittes zwischen einem Keimkristall und einem Konusabschnitt des Einkristalls durch das CZ-Verfahren, das folgende seriell wiederholte Schritte umfaßt:

Konstanthalten einer einer Heizung zum Erhitzen einer in einem Schmelztiegel enthaltenen Schmelze zugeführten Heizleistung über einen ersten Zeitabschnitt;

Regeln einer Hochziehgeschwindigkeit des aus der genannten Schmelze wachsenden Einkristalls, so daß sich ein Durchmesser des unteren Endes des Einkristalls einem Zielwert während des genannten ersten Zeitabschnittes nähert;

wiederholtes Messen dieser Geschwindigkeit während des genannten ersten Zeitabschnittes (118 - 124); und

Modifizieren der genannten Heizleistung auf der Basis der Differenz zwischen einem Durchschnittswert der genannten Geschwindigkeit und einem Zielwert der genannten Geschwindigkeit nach dem genannten ersten Zeitabschnitt (126 - 130).

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die genannten seriell wiederholten Schritte nach den folgenden Schritten durchgeführt werden:

(110, 112) Hochziehen des Keimkristalls (30) mit einer konstanten Geschwindigkeit über einen zweiten Zeitabschnitt zur Züchtung des Einkristalls (32), wobei die genannte Heizleistung konstant gehalten wird;

(113) Messen eines Durchmessers des unteren Endes des genannten Einkristalls nach Ablauf des genannten zweiten Zeitabschnittes; und

(114) Modifizieren der genannten Heizleistung auf der Basis der Differenz zwischen dem gemessenen Durchmesser und dem genannten Zielwert des genannten Durchmessers.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei zwischen den genannten zusätzlichen, in Anspruch 2 definierten Schritten und den genannten seriell wiederholten, in Anspruch 1 definierten Schritten ein Schritt durchgeführt wird, in dem ein dritter Zeitabschnitt abgewartet wird, wobei der Hochziehvorgang des Kristalls (116) gestoppt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der genannte erste Zeitabschnitt ungefähr 10 Minuten beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der genannte zweite Zeitabschnitt ungefähr 5 Minuten beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der genannte dritte Zeitabschnitt ungefähr 5 Minuten beträgt.