KR970005007B1 - 결정성장장치와 이를 위한 용융물보충장치의 제어시스템 - Google Patents

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Description

결정성장장치와 이를 위한 용융물보충장치의 제어시스템

제1도는 본 발명의 한 실시형태를 일부절개하여 보인 전체 구성도.

제2도는 결정체의 실무게에 대하여 시간에 대한 본 발명의 압력감지기와 무게감지기의 출력을 보인 그래프.

제3도는 본 발명의 한 실시형태에 사용된 실무게회로의 회로도.

제4도는 결정성장장치에 사용될 수 있게 된 용융물보충시스템의 작동을 제어함에 있어서, 본 발명의 제어 시스템에 의하여 이용되는 한 프로그램의 소프트웨어 흐름도.

제5도는 결정성장장치에 사용될 수 있게 된 용융물보충시스템의 작동을 제어함에 있어서, 본 발명의 제어시스템에 의하여 이용되는 다른 프로그램의 소프트웨어흐름도.

제6도는 본 발명의 다른 실시형태를 일부절개하여 보인 전체구성도.

제7도는 결정성장장치의 작동을 제어함에 있어서 본 발명의 제어시스템에 의하여 수행되는 여러 작동과정을 보인 소프트웨어흐름도.

본 발명은 결정성장장치에 관한 것으로, 특히 용융물로부터 결정체를 성장시키는 결정성장장치용 용융물 보충장치를 제어하기 위한 제어시스템에 관한 것이다.

반도체 장치의 제조에 사용되는 실리콘시이트는 예를들어 속이 비어 있는 중공형의 8각형 또는 9각형의 다각형 단면형태를 갖는 관상결정체의 평면상측부로부터 얻을 수 있다. 관상체는 동일한 크기인 다수의 평면상 시이트를 얻기 위하여 각 모서리가 절단된다.

미국특허 제 4,554,528호에 기술된 형태의 장치는 변부형성 필름공급성장방법(EFG방법)에 따른 중공형의 결정체를 제조하는데 이용되었다. 이러한 장치는, 요약컨데, 성장물질(예를 들어 실리콘)의 용융물이 수용되는 도가니, 성장결정체의 형태를 결정하는 모세관다이, 도가니와 다이를 가열하고 다이와 용융물의 온도를 제어하기 위한 히터수단, 결정성장에 사용된 종자를 지지하기 위한 종자지지조립체와, 용융물로부터 관상결정체를 끌어올리기 위하여 종자지지조립체에 결합된 인상기구로 구성된다.

상업적으로 만족스러운 실리콘기재를 제조하고 결정성장과정이 다이를 통하여 공급되는 용융물로부터 분리되거나 관상결정체의 응고에 의하여 조기에 중단되지 않도록 하기 위하여 결정체의 벽두께를 정밀하게 제어되는 것이 중요하다.

미국특허 제 4, 554, 528호에 기술된 형태의 모세관다이 장치에 관련하여 성장결정체의 벽두께는 다이의 상부와 성장결정체의 저면사이에 형성되는 미니스커스(meniscus)의 크기와 형상에 따라 변화하는 것이 잘 알려져 있다. 벽두께와 미니스커스의 구조적인 특징사이의 관계를 이용하여 미국 특허 제 4,239,583호, 제 4,267,151호 및 제 4,318,769허에 기술된 바와 같이, 다양한 광학시스템 결합형 장치가 결정성장장치의 작동을 제어하기 위하여 개발되었다. 이들 광학시스템은 미니스커스의 높이와 형상을 관찰하기 위한 광학계조립체로 구성된다. 광학시스템에 의하여 취득한 미니스커스의 구조에 관한 정보를 이용하여 작업자는 요구된 벽두께를 갖는 결정체를 제조하기 위하여 결정성장장치의 작동을 조절할 수 있다.

이러한 광학모니터시스템의 이용에 있어서는 몇가지의 제약이 있다. 첫째로, 작업자는 미니스커스의 구조를 계속하여 모니터하고 그가 관찰하는 것에 기초하여 결정성장장치의 작동을 조절하여야 한다. 작업자의 오류를 방지하고, 결정성장속도를 높이며, 전문가의 채용에 소요되는 비용을 줄이기 위하여 전체 결정성장과정을 자동화하는 것이 바람직하다. 둘째로, 공지된 광학제어시스템으로서는 전체 미니스커스중에서 극히 일부만이 관찰될 수 있다. 이러한 일부의 구성이 전체 미니스커스의 전체구성을 대표하여 나타낸다고는 할 수 없다.

미국 특허 제 4,544,528호에 기술된 형태의 공지된 결정성장장치로서는 약 2m이상의 길이를 갖는 결정체를 성장시키는 것이 불가능하다. 이러한 점은 성장관상결정체의 내부에 알곤과 같은 불활성기체를 채워 그 내부로부터 공기를 몰아내야할 필요성이 있기 때문이며, 또한 그 내부의 큰 온도차이에 의하여 성장결정체의 내부에서 대류현상이 일어나기 때문이다.

특히, 전형적으로 알곤과 같은 불활성기체가 성장결정체의 내부에 주입되어 그 내부로부터 주위 공기를 몰아내도록 되어 있다. 알곤과 같은 불활성 기체는 공기보다 무거우므로 약 2m 이상의 길이를 갖는 결정체에서 그 내부에 채워진 불활성 기체의 기둥도 이에 상당하는 길이를 가지고 또한 상당한 무게를 지니므로 결정체 내부에서 밑으로 가라앉으려는 경향을 보이고 결정체의 상측단부를 통하여 내부로 주위공기가 유입될 수 있도록 한다.

결정체의 상측단부는 폐쇄하는 것과 같이 결정체로 주위공기가 유입되는 것을 방지하는 장치가 사용되는 경우에 결정체 내에서 일어나는 대류현상의 유해한 효과가 더욱 증가할 것이다. 관상결정체의 상측단부가 폐쇄될때에 대류 현상이 결정체내에서 압력파동을 일으킴으로써 결정성장치의 작동을 제어하기 어렵게 한다. 그 결과로서, 균일한 벽두께를 가지며 약 2m 이상의 길이를 갖는 결정체의 성장에 문제가 된다. 결정체성장에 소요되는 총시간의 상당부분이 성장진행을 위한 결정성장장치의 준비에 소요된다. 결과적으로, 방법의 효율성을 개선하기 위하여 약 2m 이상의 길이를 갖는 결정체를 성장시키는 것이 바람직하다. 예를 들어 약 2m 이상의 길이를 갖는 기다란 중공형의 결정체를 성장시킴에 있어서는 성장중에 도가니에 용융물을 보충하는 시설이 없는 한 그 수행이 불가능하다.

미국 특허 제 4,544,528호에 기술된 형태의 결정성장장치에서 용융물을 보충하기 위한 시스템에 알려져 있다. 이러한 시스템은 테일러(Taylor) 등에 의하여 저술된 문헌 The current status of EFG crystal growth technology for terrestrial solar sells, North Holland Publishing Co. (J. Kalejs, T. Surek와 V. Tatarchenko, eds), Amsterdam, 1987에서 설명되고 있다. 테일러 등에 의하여 제안된 이 시스템은 성장결정체의 무게를 측정하기 위한 제1무게변환기, 예를 들어 실리콘입자와 같은 공급물질의 고체 입자를 저장하기 위한 용기, 이 용기로부터 결정성장장치의 도가니에 공급물질입자를 선택적으로 공급하기 위한 분배조립체, 용기내의 실리콘 입자무게를 측정하기 위한 제어기를 포함한다. 이 제어기는 차동신호를 사전에 결정된 설정값과 비교하고 이러한 비교결과에 기초하여 제어기는 주어진 시간동안 분배조립체가 선택된 분량의 실리콘입자를 도가니에 분배토록 분배조립체에 제어신호를 보낸다.

테일러등에 의하여 제안된 형태의 용융물보충시스템에서는 공지된 결정성장장치에 대하여 상기 언급된 압력파동 문제점이 있다. 특히 성장결정체 내의 대류는 순간적으로 결정체를 가볍게 들어올림으로써 제1무게변환기(성장결정체의 무게를 측정한다)는 결정체의 실무게를 나타내지 않는 출력신호를 발생한다.

이 출력신호가 실리콘분배조립체에 제공된 제어신호의 발생에 사용되므로 분해 조립체에 가끔 오류성 제어신호가 공급된다. 따라서 분배조립체는 주어진 시간동안 실리콘입자를 너무 많이 공급하거나 너무 적게 공급하여 최적한 특성을 갖지 못하는 결정체가 제조될 수 있도록 하고 심한 경우 용융물보충속도가 부적절하여 결절성장과장이 중단될 수도 있다.

본 발명의 목적은 관상결정체를 성장시키는 장치에 용융물을 보충하는 메카니즘을 제어하기 위한 공지의 제어시스템에 관련하여 상기 언급된 결정을 해소하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 관상결정체의 성장 장치에 용융물 제어하기 위한 개선된 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 관상결정체를 성장시키기 위한 장치와 이 장치에 용융물을 보충하기 위한 메카니즘의 작동을 제어하기 위한 개선된 제어시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 결정체의 무게와 결정체 내부의 압력을 감지라는 감지기에 의하여 제공된 정보에 기초하여 관상결정체 성장장치에 용융물을 보충하기 위한 메카니즘의 작동을 제어하기 위한 게선된 제어시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 이들 목적과 다른 목적은 성장중공결정체내의 압력파동을 보상하는 제어시스템을 갖는 결정성장장치를 제공함으로써 성취된다. 우선 실시형태에서 제어시스템은 관상결정실리콘 동체의 내부압력을 측정하기 위한 압력감지기, 관상실리콘동체와 이 동체가 지지되는 종자홀더조립체의 조합된 무게를 측정하기 위한 무게 감지기, 관상체의 길이를 측정하기 위한 길이감지기, 관상체의 실무게를 계산하기 위하여 압력 및 무게감지기에 결합된 실무게회로와, 길이감지기와 실무게회로에 의하여 제공된 정보에 응답하도록 결합된 제어기로 구성된다.

상기 언급된 제어시스템은 결정성장장치의 용융물수용도가니에 입자형태의 공급물질(예를들어 실리콘입자)를 부가적으로 공급하는 용융물보충시스템을 제어하는 데 사용된다. 용융물보충시스템은 공급물질을 저장하기 위한 용기 또는 저장수단, 상기 용기수단으로부터 정확한 분량의 공급물질을 분배공급하기 위하여 전기적으로 제어되는 분배수단, 상기 분배수단으로부터 공급물질을 받아 이를 상기 도가니로 이송할 수 있게된 공급기 메카니즘, 상기 용기수단에 저장된 공급물질의 무게를 측정하여 이 무게를 나타내는 신호를 발생하는 계량수단과 상기 계량수단의 출력신호를 제어기에 인가하는 수단으로 구성된다. 그리고 제어기는 실무게회로와 분배수단 작동을 제어하는 데 사용된 제어신호를 발생하는 계량수단의 출력신호를 조합한다.

이러한 구조에 따라서, 용융물보충시스템은 연속모우드 또는 간헐모우드, 즉 불연속모우드로 작동될 수 있다. 용융물보충시스템이 연속모우드로 작동될때에 제어신호는 분배기가 실리콘 입자를 분배하는 속도를 제어하는 공급속도정보를 갖도록 발생한다. 용융물보충시스템이 불연속모우드로 작동될때에 제어신호는 일정 시간동안 간헐적으로 분배기를 작동시켜 이 분배기가 작동시마다 일정량의 실리콘입자를 분배할 수 있도록 한다.

아울러, 제어시스템은 결정성장장치의 히터수단의 작동을 제어하는데 사용될 수 있다. 히터수단을 열출력을 제어하기 위하여 제어시스템의 신호출력을 이용하므로서, 성장결정체와 EFG 다이사이에 연장된 미니스커스의 구조를 제어하여 성장결정체의 벽두께를 제어하고 연속성장이 가능하도록 하여 비교적 기다란 결정체(6m 이상의 결정체)가 성정될 수 있도록 한다.

본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도에서, 본 발명은 반도체물질의 관상결정체를 성장시키기 위한 관상결정성장장치(20)에 용융물을 보충하기 위한 용융물보충시스템(18)과, 관상결정체장장치(20)의 도가니히터를 제어하기 위한 제어시스템으로 구성된다.

비록 상세히 도시하지는 않았으나, 장치(20)는 미국특허 제 4,544,528호, 제 4,239,583호, 제 4,267,151호 및 제 4,318,769호에 기술된 형태의 노(奴)로 구성된다. 특히 이 장치(20)는 결정호될 반도체물질의 용융물질을 수용하는 도가니(24), 용융물을 가열하기 위한 히터코일(26)과, 결정체(22)를 성형하기 위하여 요규된 형태를 갖는 모세관다이(28)로 구성된다. 이 모세관다이는 이것이 9각형 또는 8각형과 같이 선택된 다각형 또는 원형의 중공형 결정체를 성장시킬 수 있게 되어 있는 것을 제외하고는 미국특허 제 4,544,528호의 제1도에 도시된 형태를 포함하여 여러가지 형태를 갖출 수 있다. 용융물로부터 결정체(22)를 끌어올리기 위하여 한쌍의 평행한 고정레일(29)와 이 레일에서 미끄럼운동토록 착설된 프레임(30)이 사용된다. 프레임(30)에 통공(32)이 형성되어 있고 이에 인접하여 프레임에 취부판(34)이 고정되어 있다. 본 발명의 기술분야에 잘 알려진 형태인 인상기구(35)는 도가니(24)의 상부에서 축방향 단부의 고정 위치에 지지되고 일정한 속도로 레일(29)을 따라 도가니(24)로부터 인상하기 위하여 취부판(34)과 케이블(37)을 통하여 프레임(30)에 결합된다. 프레임(30)에는 종자홀더(36)가 연결되어 있다. 이 종자홀더는 결정체(22)가 성장되는 종차결정(39)에 기계적으로 결합된다.

장치(20)에 대한 상기 간단한 설명은 본 발명의 제어시스템과 용융물 보충시스템(18)에 대한 다음 설명의 배경이 된다. 적합한 장치(20)의 실시예에 대한 보다 상세한 설명은 본문에 인용된 스토몬트(stomont) 등의 상기 언급된 미국특허 제 4,554,52 8호를 참조바란다.

제1도에서 본 발명 제어시스템의 실시형태는 무게감지기(100), 길이감지기(101), 압력감지기(102), 실무게감지기(104)와, 제어기(105)로 구성된다. 이 실시형태에서 종자홀더(36)는 성장결정체의 상측단부를 통하여 이 성장결정체의 내부로부터 빠져나가는 유체의 양을 제한하기 위하여 중공형의 성장결정체의 상측단부를 공압적으로 폐쇄할 수 있게 구성되어 있다. 종자홀더(36)는 관상결정체(22)의 축선에 수직으로 연장된 종자고정면(40)과 관상결정체(22)의 내부를 종자홀더의 외부에 연통되게하는 도관(38)으로 구성된다.

상기 언급된 바와 같이 종자홀더(36)를 이 종자홀더와 종자(38)가 결정체(22)의 단부를 완벽하게 폐쇄하도록 구성되므로서 결정체 내부의 압력파동크기는 상기 언급된 미국특허 제 4,544,428호에 기술된 장치에 의하여 성장되는 형태의 밀봉되지 않은 결정체내부에서 일어나는 파동에 비하여 크게 증가된다. 이러한 압력파동에 의한 무게측정의 오류때문에 압력감지기(102)와 실무게회로(104)를 필요로 한다.

무게감지기(100)는 취판부(34)에 고정되고 축방향 연장봉(106)에 의하여 종자홀더(36)에 연결되어 이를 지지한다. 무게감지기(100)는 연장봉(106)과 종자(39)를 포함하여 결정체(22)와 종자홀더(36)의 무게를 측정한다. 무게 감지기(100)의 출력은 라인(108)을 통하여 실무게회로(104)에 보내어진다.

무게감지기(100)는 통상적인 스트레인 게이지 로드셀이다.

길이감지기(101)는 고정된 도가니(24)에 대한 프레임(30)의 변위를 측정하기 위하여 제공된다. 이 길이감지기(10)는 고정대상물, 좋기로는 도가니(24)의 상부에 위치하는 인상기구(35)에 착설되는 것이 좋다. 길이 감지기(101)는 프레임(30)에 케이블(103)이 연결된 통상적인 드럼과 케이블형 길이측정변환기로 구성된다.

인상기구(35)가 레일(29)을 따라 프레임(30)을 인상하도록 케이블(37)을 통하여 작용할 때에 케이블(103)이 드럼(도시하지 않았음)에 권취된다.

드럼에 권취되는 케이블의 양이 결정체의 길이에 일치하지 않고 드럼에 결합되고 이 드럼의 회전에 응답하는 포텐셔메타에 의하여 측정된다. 길이감지기(101)의 포텐메타의 출력이 라인(109)를 통하여 제어기(105)에 전달된다.

압력감지기(102)는 종자고정면(40)에 대하여 상측으로 작용하는 결정체(22)의 내부압력을 측정토록 제공된다. 압력감지기(102)는 튜우브(116)를 통하여 종자홀더(36)의 도관(38)과 결정체(22)의 내부에 연통된다. 압력감지기(102)는 취부판(34)이나 다른 적당한 구조물에 착설될 수 있다. 압력감지기(102)의 출력은 라인(118)을 통하여 실무게회로(104)에 전달된다. 압력감지기(102)는 용량형감지기로서 실무게회로에 이용되는 전기적인 신호를 발생하는 것일 수도 있다.

제1도-제3도에서, 실무게회로(104)는 결정성장과정중에 적당히 선택된 시간간격을 두고 성장결정체(22)의 실무게를 나타내는 신호를 연속하여 발생토록 제공된 것이다. 요약컨데, 이 실무게회로(104)는 성장실리콘결정체(22), 종자홀더(36)와 종자(39)의 실무게를 나타내는 실무게 신호를 발생토록 무게감지기(100)와 압력감지기(102)의 출력을 조합한다. 그리고 오프세트전압신호(이후 상세히 설명됨)의 성장결정체(22)만의 실무게를 나타내는 신호를 얻도록 실무게신호로부터 감산된다.

성장결정체(22)의 실무게는 종자고정면(40)에 대하여 상측으로 작용하는 결정체 내에서 발생된 유체압력 때문에 무게 감지기(100)에 의하여 직접적으로 측정될 수는 없다. 종자고정면(40)에 작용하는 압력이 증가할 때에 성장결정체(22)는 중력의 반대방향으로 상승되므로서 결정체(22)의 무게를 나타내는 무게감지기(100)의 출력신호는 제2도에서 하향스파이크(132A)로보인 바와 같이 감소되도록 한다. 마찬가지로 종자고정면(40)에 작용하는 힘이 감소할때에는 무게감지기(100)가 제2도에서 상향스파이크(132B)로 보인 바와 같이 결정체(22)의 무게증가를 검출한다. 무게감지기(100)의 출력신호에서 이러한 변화는 제어기(105)에 공급된 제어정보의 정확성이 감소되도록 한다. 압력감지기(102)에 의하여 측정된 결정체(22) 내의 압력파동은 무게감지기(100)에 의하여 감지된 무게측정값과 반대로 변화한다. 이후 상세히 설명되는 바와 같이 무게 및 압력감지기(100)(102)의 출력신호를 가산하므로서 제2도의 라인(133)으로 보인 바와 같이 결정체(22)의 실무게를 나타내는 실무게 신호가 실무게회로(104)에 의하여 발생된다.

제3도에서, 무게감지기(100)의 출력은 라인(108)을 통하여 연상증폭기(134)에 연결된다. 이 증폭기(134)는 라인(136)을 통하여 무게교정포텐셔메타(138)에 연결된다. 이 포텐셔메타는 가산증폭기(146)의 부입력단자에 연결된다. 저항(148)의 일측단자는 라인(152)를 통하여 가산증폭기(146)의 정입력단자에 연결되고 저항(148)의 타측단자는 접지된다. 또한 저항(150)의 일측단자가 라인(152)을 통하여 증폭기(146)의 정입력단자에 연결된다. 저항(150)의 타측단자는 이후 상세히 설명되는 바와 같이 실무게회로(104)의 다른 부분에 연결된다. 증폭기(146)의 출력은 라인(156)을 통하여 필터(158)에 연결되고 이 필터의 출력은 라인(160)을 통하여 제어기(105)에 공급된다. 피드백저항(162)은 통상적인 구조의 가산증폭기에서 출력라인(156)과 증폭기(146)의 부입력 단자 사이에 연결된다.

상기 언급된 소자(134-162)들은 공지된 바와 같이 포괄적으로 무게감지기(100)의 출력신호상태를 조절한다. 무게교정포텐셔메타(138)는 실무게회로(104)의 출력을 측정하여 무게감지기(100)의 감도변화에 적응토록 사용된다.

압력감지기(102)의 출력은 라인(118)을 통하여 연상증폭기(170)에 공급된다. 이 연산증폭기는 라인(172)을 통하여 압력교정포텐셔메타(174)에 연결되고, 이 포텐셔메타는 가산증폭기(182)의 부입력단자에 연결된다. 증폭기(182)의 정입력단자는 접지된다. 오프셋트전원(192)의 저항(186)을 통하여 가산증폭기(182)의 부입력단자에 연결된다. 이 오프셋트전원(192)은 통상적인 포텐셔메타(193)와 적당한 전위(195)로 구성된다. 저항(194)은 가산증폭기의 통상적인 구조로서 증폭기(182)의 출력단자에 연결되고 저항(150)을 통하여 증폭기(146)의 정입력단자에 연결된다. 오프셋트전원(192)의 출력신호극성은 전자의 신호가 증폭기(182)와 그 주변의 저항(186)(194)(150)을 통하여 무게감지기(100)의 출력신호에 가산될때에 이후 상세히 설명되는 바와 같이 후자의 신호의 크기가 감소된다. 라인(200)상에 나타나는 증폭기(182)의 출력은 라인(202)을 통하여 접지되고 또한 저항(150)의 일측단부에 연결된다. 상기 언급한 바와 같이, 저항(150)의 상기 단자는 라인(152)을 통하여 증폭기(146)의 정입력단자에 연결된다.

저항(186)을 통하여 전원(192)으로부터 나오는 오프셋트신호는 압력신호(102)의 출력신호와 조합되고 그 합성신호가 증폭기(182)에 의하여 증폭된다. 증폭기(182)의 출력신호는 가산증폭기(146)에서 무게감지기(100)의 출력신호와 가산된다. 무게교정포텐셔메타(138)와 압력교정포텐셔메타(174)는 어느 싯점에서 라인(172)에 나타나는 압력신호의 크기가 종자고정면(40)에 작용하는 압력에 의하여 라인(136)에 나타나는 무게신호의 부분과 동일하고 방향이 반대가 되도록 각각 무게감지기(100)와 압력감지기(102)의 출력신호를 계산하도록 조절된다. 예를들어, 어느 선택된 측정시간에 증폭기(134)와 포텐셔메타(138)에 의하여 계산된 무게감지기(100)의 출력신호는 +1.5V이고, 증폭기(170)(182)와 그 주변의 저항에 의하여 계산된 압력감지기(102)의 출력신호는 -0.5V일 수 있다. 증폭기(146)에서 무게감지기(100)와 압력감지기(102)의 출력을 가산하므로서 출력신호의 합, 즉 +1.0V를 얻을 수 있으며, 이는 선택된 측정시간에서 결정체(22), 종자(39)와, 종자홀더(36)의 실무게를 나타낸다.

증폭기(182)를 통하여 증폭된 오프셋트전원(192)의 출력신호는 일정바이어스 보정신호로서 이 신호가 증폭기(146)에 인가될때에 종자(39)와 종자홀더(36)의 무게에 해당하는 양만큼 증폭기(146)의 출력을 감소시킨다. 따라서, 이 증폭기(146)의 출력신호는 결정체(22)의 실무게를 나타낸다.

라인(156)에 나타나는 실무게신호는 필터회로(158)를 통하여 처리되어 무게감지기에서 발생된 기계적인 진동이나 전기적인 잡음이 불필요한 성분을 감쇄시킨다. 그리고 이 신호는 라인(16)을 통하여 제어기(105)에 보내어진다.

이후 상세히 설명되는 바와 같이, 제어기(105)(예를들어 산업공정디지털미니 컴퓨터를 포함하는 여러가지 형태의 것중에서 하나를 택할 수 있다)는 용융물보충조립체의 작동을 제어하는데 이 실무게신호를 이용한다.

계속하여 제1도에서, 용융물보충시스템(18)은 고체실리콘입자를 저장하기 위한 용기(302)를 포함한다. 이 용기(302)는 그 저면벽에 형성된 통공(도시하지 않았음)을 통하여 도관(304)에 결합된다. 이 도관(304)은 전길이를 통하여 속이 비어 있고 양단에 개방되어 있다.

또한, 용융물보충시스템(18)은 용기(302)에 결합된 분배기(306)로 구성되고 이 분배기는 선택된 시간동안 용기내에 저장된 선택량의 실리콘입자를 용기의 저면통공을 통하여 도관(304)에 보낼 수 있게 되었다.

이 분배기(306)는 예를 들어 주어진 시간동안 이 분배기(306)에 의하여 분배공급되는 입자량이 정밀하게 제어될 수만 있다면 진동공급기, 공압공급기 또는 다른 공지된 공급기 시스템으로 구성될 수 있다. 분배기(306)는 라인(308)을 통하여 제어기(105)에 결합된다.

잘 알려진 바와 같이 예를 들어 실리콘입자인 고체입자를 공급하는 진동공급기는 통상적으로 단위시간당 공급기에 의하여 분배공급되는 입자량이 이에 인가되는 제어신호를 따라 변화하는 연소모우드로 작동된다. 즉 진동공급기에 인가되는 전기적인 제어신호의 크기는 이 진공공급기가 입자를 분배공급하는 속도를 변화시키기 위하여 변화된다. 또한 진공공급기는 이에 사전에 결정된 값의 작동신호가 인가될 때마다 일정량의 실리콘입자가 진동공급기에 의하여 분배공급되는 불연속모우드로서 작동될 수 있다. 이와 같은 불연속모우드에서, 선택된 시간동안 진동공급기에 의하여 분배공급된 실리콘입자의 전체량은 선택된 시간동안 진동공급기에 수신된 작동신호수에 따라 달라질 수 있다.

전자저울(312)이 용기(202)에 저장된 고체실리콘입자의 무게를 나타내는 출력신호를 발생토록 제공된다. 용기(302)는 분배기(306)와 함께 저울(312)에 의하여 지지된다. 이 저울(312)은 그 출력신호의 값을 조절하기 위한 조절수단(도시하지 않았음)을 포함하므로서 그 출력신호는 용기와 분배기(306)의 무게는 포함하지 않고 용기(302)내에 저장된 고체실리콘입자의 무게만을 나타낼 수 있다. 이 저울(312)에 의하여 발생된 출력신호는 라인(314)을 통하여 제어기(105)에 보내어진다.

또한 용융물보충시스템(18)은 도가니에 고체실리콘입자를 공급하기 위한 공급기메카니즘(320)을 포함한다. 이 공급기메카니즘(320)은 그 측벽에 형성된 통공(도시하지 않았음)을 통하여 도관(304)의 내부와 연통되는 중공내부(322)를 갖는다. 공급기메카니즘(320)은 용기(302) 하측에 배치되어 도관(304)이 용기(320)로부터 공급기메카니즘측으로 하향 경사져 있다. 공급기메카니즘(320)은 이 공급기메카니즘의 상부벽에 착설되고 이 상부벽에 형성된 통공(도시하지 않았음)을 통하여 공급기메카니즘의 내부(322)에 연통된 중공형 파이프(324)를 포함한다. 파이프(324)는 도가니의 중심을 통하여 상측으로 연장되고 도가니(24)내에 수용된 용융물의 표면상측에서 끝나게 되어 있고 공급기메카니즘(320)이 도가니(24)의 바로 아래에 배치된다.

공급기메카니즘(320)은 내부(322)에 있는 고체실리콘입자를 파이프(324)를 통하여 상측으로 이송하여 입자가 파이프의 상측단부로부터 배출 또는 방출될 수 있게 되어 있다. 중력이 작용하고 있으므로 배출되는 입자는 도가니(24)에 수용된 용융물 내에 떨어진다. 여러가지 다른 장치가 공급기메카니즘(320)으로서 사용될 수 있으며, 그 한 예가 미국특허 제 4,661,324호에 기술되어 있다.

이 미국특허 제 4,661,324호의 공급기는 일정한 시간간격을 두고 입자수용챔버 내에 있는 실리콘입자를 파이프(324)를 통해 상측으로 방출한다. 또한 공급메카니즘이 이들의 분배기(306)로부터 공급되는 속도와 일치하는 속도로 도가니(24)에 실리콘 입자를 공급할 수만 있다면 다른 공급기메카니즘이 만족스럽게 사용될 수 있다.

제1도-제5도에서, 제어기(105)는 이에 제공되는 입력신호정보를 이용하여 두 기계의 제어스프트웨어프로그램중의 하나에 따라서 용융물보충시스템(18)의 작동을 제어하므로서 고체 실리콘입자가 결정체(22)의 성장에 따라 용융실리콘이 도가니(24)로부터 소모되는 동일한 속도로 용융물에 공급된다. 각각 제4도와 제5도 의 흐름도에서 보인 바와 같은 이들 소프트웨어 프로그램은 이들 소프트웨어 프로그램에 의하여 수행되는 작동의 논리윤곽을 제시한다. 이 소프트웨어 프로그램의 축차처리부호화에 대한 설명은 이러한 부호화가 전문가라면 다 알 수 있고 이러한 소프트웨어를 수행하기 위하여 사용되는 컴퓨터에 따라 달라질 수 있으므로 본문에서는 생략키로 한다.

제4도에서 소프트웨어 프로그램은 연속모우드 작동되는 실리콘분배기를 갖는 용융물 보충시스템을 제어하기 위하여 제안된 것이다. 제5도에서 보인 소프트웨어프로그램은 불연속모우드로 작동되는 실리콘분배기를 갖는 용융물보충 시스템을 제어하기 위하여 제안된 것이다.

제4도에서 보인 소프트웨어 흐름도가 먼저 설명되고 이어서 제5도에서 보인 소프트웨어 흐름도가 설명될 것이다.

용융물보충시스템(18)이 제4도에서 보인 소프트웨어 흐름도에 따라 작동될 때에, 분배기(306)는 진공공급기일 수 있으며 이 진공공급기는 이에 인가된 제어신호의 공급속도정보에 따라 달라지는 속도로 용기(302)로부터 공급물질을 연속하여 분배공급한다. 또한 분배기(306)는 공압공급기일 수도 있다. 이 경우에 이 공급기는 이에 인가된 제어신호의 공급속도정보에 따라 달라지는 속도로 용기(302)로부터 공급물질을 연속하여 분배공급할 수 있다.

제4도에서 보인 소프트웨어흐름도의 초기단계에서, 본 발명의 제어시스템은 단계(400)로 설명되는 바와 같이 용융물보충시스템(18)의 작동을 제어하기 시작하도록 작동된다. 동시에 장치(20)가 결정체(22)를 설장시키기 시작하도록 작동된다.

그리고, 단계(41)에서 제어기(105)는 분배기(306)에 초기제어신호를 보낸다. 이 제어신호의 수신기에 분배기(306)는 선택된 속도로 용기(302)로부터 공급물질(예를 들어, 고체실리콘입자)을 분배공급한다. 이 초기제어신호에 실려있는 공급속도정보는 장치(20)에서 결정체(22)의 성장에 용융실리콘이 소모될 것으로 예상되는 속도에 관련된 경험적인 데이타에 기초하여 선택된다.

단계(401)에서 제공된 제어신호에 실려 있는 공급속도정보가 부정확하고 공급물질이 장치(20)에서 용융 실리콘이 소모되는 속도보다 빠르거나 느린 속도로 분배기(306)에 의하여 분배공급되는 경우에 이러한 부정확성은 이후 상세히 설명되는 프로그램의 다음 단계에서 보정된다.

다음 단계(402)에서, 제어기(105)는 라인(106) 상에서 실무게회로(104)에 의하여 제공되는 결정체(22)의 현재실무게를 판독한다. 실무게회로(104)의 구조와 작동을 이미 설명한 바 있다. 그리고 현재의 실무게값은 단계(403)로 보인 다음 싸이클에 이용되도록 기억된다.

이후에, 용기(302)에 수용되어 있는 공급물질, 예를들어 실리콘입자의 현재무게를 나타내는 저울(312)의 출력이 단게(404)에서 보인 바와 같이 제어기(105)에 의하여 라인(314)에서 판독된다. 그리고 단게(405)에서 공급물질이 현재무게가 다음 싸이클에 이용되도록 기억된다.

단계(402(404)는 초기화루우틴의 일부분으로서 이후 상세히 설명되는 바와 같이 단계(406-420)에서 설명되는 소프트웨어프로그램의 초기반복과정중에 분배기(306)의 작동을 제어하기 위한 제어신호를 발생하는 데 이용될 수 있도록 중요한 실무게데이타와 공급물질무게데이타가 제공될 수 있도록 한다.

다음으로, 단계(406)에서, 선택된 양의 결정성장이 이루어지는 동안에 시간지연이 개입된다. 모든 실질적인 목적을 위하여 이 시간지연을 분배기에 공급되는 제어신호는 발생하는데 사용된 연속무게 데이타판독값 사이의 측정간격과 동일하다. 이후부터 이러한 간격을 시간간격 X 또는 측정간격 X라 한다.

그리고, 단계(407)에서, 실무게회로(104)에 의하여 제공된 결정체(22)의 현재실무게가 판독된다. 이러한 현재실무게값은 결정체(22)가 단계(406)의 시간지연중에도 결정성장되었으므로 단계(402)에서 판독된 실무게값과는 다르다.

단계(407)에서 판독된 현재실무게 정보가 단계(403)으로 보인 바와 같은 다음 싸이클을 위하여 기억된다. 단계(407)에서 판독되고 단계(403)에서 기억된 현재실무게정보는 단계(403)에서 선행기억된 단계(402)에서 제공된 현재실무게정보와 함께 기억된다.

이후에, 단계(408)에서, 저울(312)에 의하여 발생된 공급물질무게값이 판독된다. 이 공급물질무게는 일부의 공급물질이 단계(406)에서 시간지연 중에 결정성장으로 소모되었으므로 단계(404)에서 발생된 공급물질무게와는 다르다.

단계(408)에서 발생된 공급물질무게정보는 단계(405)로 나타낸 바와 같이 다음 싸이클을 위하여 기억된다. 단계(408)에서 판독되고 단계(405)에서 기억된 공급물질무게 정보가 단계(404)에서 발생되어 단계(405)에서 선행기억된 공급물질무게정보와 함께 기억된다.

다음으로, 단계(410)에서, 측정간격 X동안 결정체(22)의 실무게변화가 계산된다. 이러한 유도과정은 단계(407)에서 판독된 현재실무게데이타와 단계(402)에서 판독된 선행측정싸이클로부터의 실무게데이타를 이용하여 수행된다.

현재실무게데이타는 실무게회로(104)로부터 직접공급되고 선행싸이클의 실무게데이타는 단계(412)에서 보인 바와 같이 단계(403)에서 기억된 데이타를 이용하여 판독된다. 결정체(22)는 끊임없이 성장되므로 실무게계산의 이러한 변화는 항상 양(陽)이 될 것이다. 측정간격 X는 약 10초-3분 사이의 범위가 좋다. 이러한 측정간격 X는 결정성장의 초기에 제어변수로서 고정설정점 또는 시간간격이 입력되므로 제어기(105)에 기억될 수 있다.

그리고, 단계(414)에서 보인 바와 같이 시간간격 X동안에 용기(302)내에 수용되어 있는 공급물질의 무게변화가 계산된다. 이러한 유도과정은 단계(404)에서 판독된 현재의 공급물질무게데이타와 단계(404)에서 판독된 선행측정 싸이클로부터의 공급물질무게데이타를 이용하여 수행된다. 현재 공급물질무게 데이타는 저울(312)로부터 직접 공급되고 선행싸이클로부터의 공급무질무게데이타는 단계(416)에서 보인 바와 같이 단계(405)에 기억된 데이타를 이용하여 판독된다. 용기(302) 내에 수용된 공급물질의 무게는 항상 감소하므로 공급물질무게의 변화는 항상 음(陰)이다. 단계(414)에 사용된 시간간격 X는 단계(410)에서 사용된 시간간격 X와 동일하다. 즉 시간간격 X는 약 10초-3분 사이의 범위이다.

단계(418)에서, 단계(414)에서 계산된 공급물질무게의 변화가 단계(410)에서 계산된 실무게변화에 가산된다. 시간간격 X동안에 결정체(22)의 무게증가가 시간간격 X 동안에 용기(302)에 수용된 공급물질의 무게손실과 동일할 때에 이 계산의 결과는 제로(0)가 될 것이다. 시간간격 X 동안에 결정체(22)의 무게가 용기(302)에 수용된 공급물질의 손실무게보다 크거나 작을 경우에 단계(418)에서 수행된 계산결과는 그 크기가 플러스이거나 마이너스부호로 표시되며 제로가 아닐 것이다.

다음으로, 단계(420)에서, 제어기(105)는 제어신호를 분배기(306)에 보낸다. 이 제어신호는 단계(418)에서 수행된 계산결과의 부호와 크기에 따라 변화하는 공급속도정도가 실린다. 단계(418)에서 수행된 계산결과가 제로이면 분배기(306)에서 발생된 제어신호에 실린 공급속도정보는 이 분배기가 현재의 공급속도로 계속 공급물질을 분배 공급토록 한다. 단계(418)에서 수행된 계산의 결과가 마이너스부호를 가질 때에 제어신호에 속도는 단계(418)에서 발생된 결과의 크기에 비례한다. 단계(418)에서 수행된 계산의 결과가 플러스부호를 가질때에 제어신호에 실린 공급속도정보는 분배기(306)가 증가된 공급속도로 공급물질을 분배 공급토록 하고 이때의 증가된 공급속도는 단계(418)에서 발생된 결과의 크기에 비례한다.

용기(302)로부터 분배기(306)에 의하여 분배 공급된 공급물질은 도관(304)을 통하여 공급기메카니즘(320)의 내부(322)로 하향 이동한다. 그리고 입자가 중공파이프(324)를 통하여 강제로 상승되고 파이프의 상측단부를 통하여 방출된다. 중력의 작용으로 방출된 입자는 도가니(24)에 수용된 용융실리콘내로 떨어진다. 단계(420) 이후에 프로그램이 단계(406)로 역순환하고 다시 시간지연이 개입된다.

이상의 내용은 제4도에서 보인 소프트웨어 흐름도에 의하여 설명되는 프로그램의 제1반복과정을 설명할 것이다. 이 프로그램의 제2및 연속반복의 과정을 여러가지 면에서 제1반복과정과는 상이하다. 첫째로, 제2 및 연속반복과정 중에 단계(410)에서 계산된 실무게의 변화는 단계(407)에서 발생된 현재의 실무게정보와, 단계(407)에 발생되고 단계(403)에서 기억되며 단계(412)에서 제공되는 선행 실무게정보에 기초하여 계산된다. 둘째로, 제2 및 연속반복과정 중에 단계(414)에서 계산된 공급물질무게의 변화는 단계(408)에서 발생된 현재의 공급물질무게정보와 소프트웨어의 선행반복과정 중에 단계(408)에서 발생되고 단계(405)에서 기억되며 단계(416)에서 제공되는 공급물질무게정보에 기초하여 계산된다. 이와 같이 제2 및 연속반복과정 중에 단계(402)(404)에서 발생된 정보는 사용되지 않는다.

용융물보충시스템(18)이 불연속모우드로 작동될 때에, 제5도의 흐름도로 보인 소프트웨어 프로그램이 사용된다. 용융물보충시스템(300)이 제5도에서 보인 소프트웨어흐름도에 따라 작동될 때에 분배기(306)는 제어기(105)로부터 작동신호의 수신시에 용기(302)로부터 일정량의 공급물질을 분배공급하는 공압공급기인 것이 좋다. 또한 분배기(302)는 제어기(105)로부터 작동신호의 수신시에 용기(302)로부터 일정량의 공급물질을 분배공급하는 진동공급기일 수도 있다.

제5도에서 보인 소프트웨어흐름도의 초기단계에서 본 발명의 제어시스템은 단계(400)에서 보인 바와 같이 용융물보충시스템(18)의 작동을 제어하기 시작하도록 작동된다. 이 단계는 제4도에 도시되고 상기 언급된 프로그램의 제1단계와 동일하다. 동시에 장치(20)가 작동되어 도가니(24) 내의 용융물로부터 결정체(22)가 설정되기 시작하도록 한다.

단계(501)에서 제어기(105)는 분배기(306)에 초기작동신호는 보낸다. 이러한 작동신호의 수신기에 분배기(306)는 용기(302)로부터 일정량의 공급물질을 분배공급한다. 이 고정량이 공급물질의 무게는 도가니(24)내에 수용된 용융물의 분량, 공급물질이 용융물에 분배공급되는 방법과 기타 요인들을 고려하여 선택된다. 어느 경우든지, 일정량의 공급물질의 무게는 비교적 작아 일정량의 이 공급물질이 장치(20)의 용융물에 부가될 때에 용융물 내에서 허용할 수 없을 정도로 큰 열적 동요를 일으키지 않을 것이다.

다음으로, 제5도에서 보인 소프트웨어 프로그램은 포괄적으로 제4도에서 설명된 소프트웨어 프로그램에 사용된 단계(402-418)를 따라 진행된다. 단계(402-418)의 설명은 제4도에서 보인 소프트웨어 프로그램의 설명을 참조바란다.

그리고 단계(418) 이후에 단계(520)에서 보인 바와 같이 단계(418)에서 계산된 합이 제로보다 작은가 또는 동일한가 하는 것이 결정된다. 만약 단계(418)에서 계산된 합이 제로보다 작지 않거나 같으면 제어기(105)는 단계(522)에서 보인 바와 같이 라인(308)을 통하여 분배기(306)에 작동신호를 보내어 분배기가 용기(302)로부터 도관(304)으로 일정량의 공급물질을 분배공급토록 분배기를 작동시킨다. 만약 단계(418)에서 계산된 합이 제로보다 작거나 같으면 제어기(105)는 단계(524)에서 보인 바와 같이 분배기(306)에 작동신호를 보내지 않는다. 그 결과로 용기(302)로부터 공급물질이 분배공급되지 아니한다.

끝으로, 제5도의 소프트웨어 흐름도는 제4도의 소프트웨어흐름도와 같은 방법으로 종료된다. 즉 이 프로그램이 단계(406)로 역순환되고 시간지연이 개입된다.

제6도와 제7도에서 보인 다른 실시형태에서 본 발명의 제어시스템은 장치(20)의 도가니 히터코일(26)과 함께 용융물보충시스템(18)을 제어하도록 되어 있다.

제3도, 제6도 및 제7도에서 보인 바와 같이, 다른 실시형태에서 제6도에서 온도 제어기(582)로서 보인 통상적인 폐쇄루우프형 온도제어시스템이 라인(580)을 통하여 제어기(105)에 결합될 수 있다. 라인(580)에 나타나는 제어기(105)로부터의 출력에 기초하여 온도제어기(582)는 결정체(22)의 벽두께가 균일하게 되도록 정밀기준값에서 장치(20)의 온도를 유지하기 위하여 도가니 히터코일(20)에 입력되는 전력을 변화시킨다.

이 실시형태에 있어서, 히터코일(26)에 대한 전력의 입력은 통상적인 전력제어기(도시하지 않았음) 즉 제어신호에 비례하여 히터코일(26)에 대한 전력의 입력을 변화시키는 장치에 의하여 제어될 수 있다. 전력 제어기가 히터코일(26)을 제어하는 데 사용될때에 이 전력제어기는 온도제어기(582)를 대신하며 온도제어기와 동일한 방법으로 제어기(105)와 히터코일(26)에 결합된다. 전력제어기와 온도제어기(582)는 모두 동일한 결과를 가져올 수 있도록 한다. 즉 이들은 히터코일(26)의 열출력, 그리고 장치의 가열된 부분의 온도가 제어기(105)에 의하여 제공된 제어신호에 기초하여 변화하도록 하므로서 성장결정체(22)가 균일한 벽두께를 갖도록 한다.

본 발명의 이 실시형태에서, 제어시스템은 제1도-제5도에서 보인 실시형태의 관련하여 상기 언급된 바와 같이 용융물보충시스템(18)의 작동을 제어한다.

이와 같이 장치(20)으로부터 성장된 결정의 벽두께는 도가니 히터코일(26)의 출력을 조절하여 설장영역, 즉 미니스커스에서의 온도를 제어하는 것만으로 제어될 수 있다. 제어기(105)는 도가니 히터코일(26)이 이러한 조절이 이루어지도록 하는 데 사용되는 온도제어신호를 제송한다.

제어기(105)는 이에 제공된 입력신호를 이용하여 기계제어소프트웨어프로그램에 따라 도가니 히터코일(26)의 작동을 제어한다. 제7도에서 보인 소프트웨어 흐름도는 이 소프트웨어프로그램에 의하여 수행되는 작동의 논리윤곽을 제공한다. 소프트웨어 프로그램의 축차처리부호화에 대한 설명은 이러한 부호화가 전문가에게는 잘 알려져 있고 소프트웨어를 실행하는데 사용된 컴퓨터에 따라 달라질 수 있으므로 본문에서는 생략키로 한다.

흐름도의 초기단계에서, 본 발명의 제어시스템은 단계(600)로 보인 바와 같이, 장치(20)의 작동을 제어하기 시작하도록 작동된다. 다음으로 단계(601)로 보인 바와 같이 결정체(22)의 현재길이를 판독한다. 길이 감지기(101)는 이러한 현재길이 정보를 라인(109)를 통해 제어기(105)로 보낸다.

다음으로, 단계(602)에서, 현재길이정보가 다음 싸이클을 위하여 기억된다. 이후에 단계(603)에서 보인 바와 같이 제어기(105)가 결정체의 현재무게를 판독한다. 이러한 현재무게정보는 실무게회로(104)에서 발생되어 라인(160)을 통하여 제어기(105)에 보내어진다. 다음으로, 단계(604)에서 현재무게정보가 다음 싸이클을 위하여 기억된다.

단계(601(603)은 이후 상세히 설명되는 바와 같이 단계(606-628)에서 설명되는 소프트웨어프로그램의 제1반복 과정 중에 도가니 히터코일(26)의 작동을 제어하기 위하여 제어신호를 발생하는데 사용될 수 있도록 측정된 전체의 현재길이 데이타와 실무게데이타가 제공될 수 있도록 하는 초기화 루우틴의 일부이다.

다음으로, 단계(605)에서, 선택된 양의 결정성장이 이루어지는 동안에 시간지연이 개입된다. 이러한 시간 지연은 도가니히터를 위한 제어신호를 발생하는데 사용되는 데이타가 수집되는 동안의 측정간격 X와 거의 동일하다.

그리고, 단계(606)에서 결정체(22)의 현재길이가 판독된다. 이러한 현재길이정보는 단계(605)에서 시간지연중에 일어나는 결정성장중에 결정체(22)의 길이가 증가하므로 단계(601)에서 판독된 길이정보와는 상이하다. 단계(606)에서 판독된 현재길이 정보는 단계(602)에서 보인 바와 같이 다음 싸이클을 위하여 기억된다. 단계(606)에서 판독되고 단계(602)에서 기억된 현재길이정보는 단계(601)에서 발생되어 단계(602)에서 선행 기억된 현재길이정보와 함께 기억된다.

이후에, 단계(608)에서 결정체(22)의 현재실무게가 판독된다. 이러한 현재실무게는 결정체(22)의 무게가 단계(605)의 시간지연 중에 결정성장이 이루어져 결정체(22)의 무게가 증가되므로 단계(603)에서 발생된 실무게와는 상이하다. 단계(604)에서 발생된 실무게정보는 단계(604)에서 보인 바와 같이 다음 싸이클을 위하여 기억된다. 단계(608)에서 선행 기억된 실무게정보와 함께 기억된다.

이후에, 단계(612)에서 보인 바와 같이 측정간격 X 동안에 결정체(22)의 길이변화가 측정된다. 이러한 유도과정은 단계(606)에서 판독된 현재길이데이타와 단계(601)에서 판독된 선행측정싸이클로부터 길이데이타를 이용하여 수행된다. 현재길이 데이타는 길이변환기9101)로부터 직접공급되고 선행싸이클의 길이 데이타는 단계(602)에서 기억된 데이타를 이용하여 단계(614)에서 보인 바와 같이 판독된다. 측정간격 X는 약 30초-3분 사이의 범위가 좋다. 측정간격 X는 고정실정점으로서 제어기(105)에 기억되거나 결정성장과정의 초기에 제어변수로서 입력될 수 있다.

다음으로 단계(616)에서 보인 바와 같이 측정간격 X 중에 결정체(22)의 무게변화가 계산된다. 이러한 유도과정은 단계(608)에서 판독된 현재무게 데이타와 단계(603)에서 판독된 선행측정싸이클로부터의 무게데이타를 이용하여 수행된다. 현재 무게데이타는 실무게 회로(104)로부터 직접공급되고 선행싸이클이 무게데이타가 단계(604)에서 기억된 데이타를 이용하여 단계(618)에서 보인 바와 같이 판독된다. 단계(616)에 사용된 측정간격 X는 단계(612)에서 사용된 측정간격 X와 동일하다. 즉 측정간격 X는 약 30초-3분 사이의 범위이다.

그리고 단계(620)에서, 결정체(22)의 실제 벽두께가 단계(616)에서 계산된 결정체의 무게 변화에 상수 K를 곱하고 그 값을 단계(612)에서 계산된 결정체(22)의 길이변화 값으로 나누어 계산된다. 이 분야에 전문가라면 잘 알 수 있는 바와 같이, 상수 K는 재질밀도, 성장될 결정체의 둘레길이와, 길이감지기(100)와 실무게 회로(104)의 출력신호크기에 기초하여 선택된 벽두께변환상수이다.

다음으로, 단계(622)에서 보인 바와 같이 요구된 벽두께정보가 메모리로부터 판독된다. 이후에, 단계(624)에서, 단계(620)에서 계산된 실제벽두께가 단계(622)에서 판독된 요구벽두께와 비교되어 실제벽두께가 요구 벽두께보다 두꺼운가 또는 동일한가 하는 것이 판정된다. 만약에 실제벽두께가 요구벽두께보다 두껍거나 동일하면 흐름도는 단계(626)로 진행하여 제어기(105)가 라인(580)을 통하여 도가니 히터코일(26)에 공급된 온도증가 신호를 발생한다. 이러한 증가신호의 수신에 도가니 히터코일(26)을 용융물의 온도를 상승시키도록 작동되어 결정체(22)에 벽두께가 감소되도록 할 것이다. 만약에 실제벽두께가 요구벽두께보다 얇거나 같은 경우에 흐름도는 단계(628)로 진행하여 제어기가 라인(630)을 통하여 도가니 히터코일(26)에 공급되는 온도 감소신호를 발생한다. 이러한 감소신호의 수신에 도가니 히터코일(26)을 용융물의 온도를 상승시키도록 작동되어 결정체(22)에 벽두께가 감소되도록 할 것이다. 만약에 실제 벽두께가 얇거나 같은 경우에 흐름도는 단계(628)로 진행하여 제어기가 라인(630)을 통하여 도가니 히터코일(26)에 공급되는 온도 감소신호를 발새안다. 이러한 감소신호의 수신시에 도가니 히터코일(26)은 용융물의 온도를 낮추도록 작동되어 결정체(22)의 벽두께가 증가되도록 할 것이다.

단계(626) 또는 단계(628) 이후에, 그 원인이 어디에 있든간에 프로그램은 단계(605)으로 역순환되고 다른 시간지연이 개입된다.

이상은 제7도에서 보인 소프트웨어 흐름도에 의하여 설명되는 프로그램이 제1반복과정의 설명이다. 이 프로그램의 제2및 연속반복과정은 여러가지 면에서 제1반복과정과 상이하다. 첫째로, 제2 및 연속반복과정 중에 단계(612)에서 계산된 길이변화는 단계(602)에서 기억되고 단계(614)에서 제공된 소프트웨어의 선행반복과정 중에 단계(606)에서 발생된 현재의 길이정보에 기초하여 계산된다. 둘째로 제2 및 연속반복과정 중에, 단계(616)에서 계산된 현재무게의 변화는 단계(604)에서 기억되고 단계(618)에서 제공된 소프트웨어의 선행반복과정 중에 단계(608)에서 발생된 현재의 실무게정보와 단계(608)에서 발생된 실무게정보에 기초하여 계산된다. 이와 같이, 제2및 연속반복과정 중에 단계(601)와 단계(603)에서 발생된 정보는 이용되지 않는다.

테일러등에 의하여 제안된 용융물보충시스템이 종자홀더가 실제로 중공형의 성장결정체의 상측단부를 폐쇄토록 수정된 미국특허 제 4,544,528호에 기술된 형태의 결정성장장치에 결합될 때에, 대부분의 경우 용융실리콘이 소모되는 속도와 용융물에 고체실리콘을 부가공급하는 것이 거의 불가능하다. 이러한 용융물보충은 성장결정체의 무게를 측정하기 위하여 감지기에 의해 발생된 무게정보에 오류가 있어 문제가 된다. 상기 언급된 바와 같이, 이러한 오류정보는 성장결정체내에서의 압력파동에 의하여 발생된다. 무게감지기에 의하여 발생된 무게정보는 분배기(306)에 의하여 단위시간당 분배공급되는 고체실리콘의 양을 계산하는 데 이용되므로 이러한 무게정보가 부정확할 때에 용융물에 공급되는 실리콘의 양은 요구된 양이 아닐 것이다. 따라서 실리콘이 요구된 양보다 많거나 적은 양이 공급되므로서 용융물 내에서 허용할 수 없을 정도로 큰 열회유 현상이 일어난다. 잘 알려진 바와 같이 이러한 열회유현상으로 결정체 제품은 최적한 물리적 특성과 전기적 특성을 갖지 못하여 심한 경우 결성성장과정이 중단될 수도 있다.

반대로, 본 발명에 있어서는 실리콘 입자가 용융물로부터 용융실리콘이 소모되는 속도와 동일한 속도로 도가니(24)에 공급된다. 따라서 열회유현상이 아주 적게 일어나 결정체의 물리적 특성과 전기적 특성이 최적한 상태가 된다.

용융물보충시스템(18)에 부가하여, 제6도와 제7도에서 보인 본 발명의 다른 실시형태는 공지의 결정성장장치(20)가 작동을 제어하는데 적용될 수 있으며, 그 정밀성은 공지의 제어시스템으로 얻을 수 있는 것보다 크다. 공지된 결정성장장치의 작동을 정밀하게 제어하므로서 여러가지 중요한 이점을 갖는다.

첫째로, 성장결정체(22)가 다이로부터 분리되거나 이에 고착되는 빈도가 크게 감소된다. 둘째로, 관상결정체의 벽두께가 보다 정밀하게 조절될 수 있다. 셋째로, 6m 이상의 길이를 갖는 결정체(22)가 성장되는 결정체의 상측단부를 밀봉하도록 본 발명에 의하여 제어되고 수정된 공지의 결정성장장치를 이용하여 비교적 일정한 벽두께를 갖고 성장될 수 있다. 결정성장길이에 비하여 장치운전시간이 짧으므로 6m 길이의 기다란 결정체로부터 제조된 실리콘시이트의 재료비용은 공지된 결정성장장치에서 성장된 비교적 짧은 결정체로부터 제조된 시이트보다 현저히 싸다.

제6도와 제7도에서 보인 본 발명의 다른 실시형태가 벽두께를 조절하기 위하여 도가니의가열조건을 변경시킬 수 있게 제안되었으나(인상속도는 일정함), 본 발명은 벽두께를 조절하기 위하여 가열온도를 일정하게 유지하고 인상속도를 변화시킬 수 있다. 또한 가열온도와 인상속도 모두를 변화시켜 벽두께가 일정한 결정체를 제조할 수도 있다.

본 발명의 중요하고 유리한 특성은 일정한 크기와 벽두께를 갖는 관상결정체의 성장중에 도가니내에서 용융물의 길이를 사전에 결정된 한계 내에서 유지할 수 있도록 용융물보충시스템이 제어되는 것이다.

이와 같은 본 발명은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 상기 장치에 변경이 가능하므로 상기 설명과 도면에 포함된 내용은 서명적인 것이며 이로서 본 발명이 제한되지는 아니한다.

Claims (11)

1. 선택된 물질의 용융물을 수용하는 도가니(24), 이 도가니(24)를 가열하기 위한 가열수단(26)과, 용융물로부터 관상결정체(22)를 성장시키기 위한 성장수단을 포함하고, 성장수단은 상기 결정체를 형성하기 위한 요구된 형상의 모세관다이(28), 상기 관상결정체가 성장되는 종자(39)를 지지하기 위한 종자 홀더수단(36)과, 도가니로부터 종자홀더 수단과 성장하는 관상결정체를 인상하기 위한 인상수단(35)을 포함하며, 상기 결정체를 성장시키는데 사용되는 용융물질을 보충하기 위한 용융물보충시스템(18)을 포함하며, 상기 용융물보충시스템이 선택된 물질의 고체입자를 저장하는 용기(302)와, 입력제어신호에 응답하여 용기로부터 도가니에 선택된 분량의 입자물질을 이송토록 용기(302)에 결합된 분배기수단(306)으로 구성되는 것에 있어서, 상기 용융물보충시스템이 용기내에 저장된 선택물질의 입자무게를 나타내는 출력신호를 발생하기 위하여 용기(302)에 결합된 무게값발생수단(312), 성장하는 관상결정체(22)와 종자(39) 그리고 종자홀더수단(36)의 무게를 나타내는 출력신호를 발생하기 위하여 성장수단에 결합된 무게감지기수단(100), 관상결정체 내의 압력을 나타내는 출력신호기를 발생하기 위하여 성장관상결정체(22) 내부에 결합된 압력감지기수단(102), 실무게계산수단(104), 상기 실무게계산수단(104)에 상기 무게감지기수단(100)과 상기 압력감지기수단(102)의 출력신호를 공급하기 위한 제1 및 제2신호 공급수단(108,118)으로 구성되고, 상기 실무게계산수단은 성장관상결정체(22)의 실무게를 나타내는 보정무게출력신호를 계산하고 발생할 수 있게 되어 있으며, 제어기수단(105), 상기 제어기수단에 상기 실무게계산수단(104)의 보정무게출력신호를 공급하기 위한 제3신호공급수단(106)과, 상기 제어기수단(105)에 상기 무게발생기수단(312)의 출력신호를 공급하기 위한 제4신호공급수단(314)이 구성되어 있고, 상기 제어기수단(105)은 상기 실무게계산수단(104)의 보정무게출력신호를 공급하기 위한 제3신호공급수단(106)과 상기 제어기수단(105)에 상기 무게발생수단(312)의 출력신호를 공급하기 위한 제4신호공급수단(314)이 구성되어 있고, 상기 제어기수단(105)은 상기 실무게계산수단(104)의 보정무게출력신호와 산기 무게값발생수단(312)의 출력신호에 응답하여 제어출력신호를 발생할 수 있도록 되어 있으며, 상기 분배기수단의 작동이 상기 제어출력신호에 의하여 제어되도록 상기 분배기수단(312)을 입력제어신호로서 상기 제어출력신호를 공급하기 위한 수단(308)이 구성되어 있음을 특징으로 하는 결정성장장치.
2. 청구범위 1항에 있어서, 상기 무게값발생수단(312)이 상기 출력신호가 용기에 저장된 선택입자물질의 무게만을 나타내도록 그 출력신호값을 조절하기 위한 수단을 갖는 전자저울임을 특징으로 하는 장치.
3. 청구범위 1 또는 2항에 있어서, 보정무게출력신호를 계산하고 발생하기 위한 수단(104)이 무게감지수단(100)과 압력감지기수단(102)의 출력신호를 수신하고 조합하며 성장관상결정체(22)와 종자(39) 그리고 종자홀더수단(36)의 실무게 나타내는 합성신호를 발생하기 위한 가산수단(146), 종자(39)와 종자홀더수단(36)의 실무게를 나타내는 오프셋트 출력신호를 발생하기 위한 수단(192,186)과 상기 종자(39)와 상기 종자홀더 수단(36)의 무게에 해당하는 양만큼 상기 합성신호의 크기를 감소시켜 상기 가산수단의 출력신호가 상기 성장하는 결정체의 실무게를 나타내도록 상기 가산수단에 상기 오프셋트출력신호를 공급하기 위한 수단(186,194,150,152,148)으로 구성됨을 특징으로 하는 장치.
4. 청구범위 1항에 있어서, 제어기수단(105)이 선택된 시간간격동안 무게값발생수단(312)에 의하여 발생된 출력신호의 변화에 따라 이러한 선택된 시간간격동안 용기(302) 내에 저장된 입자무게의 변화를 나타내는 제1신호를 계산하고 발생하기 위한 수단, 선택된 시간간격동안 실무게계산수단(104)의 보정출력신호의 변화에 따라 이러한 선택된 시간동안 성장관상결정체(22)의 무게변화를 나타내는 제2신호를 계산하고 발생하기 위한 수단과, 제1 및 제2 신호를 가산하고 제1 및 제2 신호의 합에 응답하여 무게값신호의 합성변화를 발생하기 위한 수단으로 구성됨을 특징으로 하는 장치.
5. 청구범위 4항에 있어서, 제어기수단(105)의 사전에 선택된 제로무게값신호를 발생하기 위한 수단과, 무게값신호의 합성변화를 사전에 선택된 제로무게값신호와 비교하고 무게값신호의 합성변화가 제로값신호보다 큰 경우에만 분배수단(306)에 공급되는 제어기출력신호를 발생하기 위한 수단으로 구성됨을 특징으로 하는 장치.
6. 청구범위 1항에 있어서, 선택된 물질이 실리콘임을 특징으로 하는 장치.
7. 청구범위 1항에 있어서, 성장하는 관상결정체(22)의 길이를 나타내는 출력신호를 감지하여 발생하기 위한 길이감지기수단(101)과, 제어기수단(105)에 상기 길이감지기수단의 출력신호를 공급하기 위한 수단(109)으로 구성되어 용융물보충시스템(18)이 길이감지기수단(101)이 출력신호에 부가적으로 응답함을 특징으로 하는 장치.
8. 청구범위 1항에 있어서, 상기 가열수단(26)의 작동을 제어하기 위한 온도제어기(582)와, 상기 온도제어기에 상기 제어수단(105)의 출력신호를 공급하기 위한 수단(580)을 포함하므로서, 도가니가열수단(26)의 작동이 상기 온도제어기를 통하여 작동하는 제어기수단(105)에 의하여 제어됨을 특징으로 하는 장치.
9. 청구범위 7항 또는 8항에 있어서, 제어기수단(105)이 사전에 결정된 벽두께값신호를 발생하기 위한 수단, 실제벽두께값신호를 수신하고 선택된 측정시간간격동안 성장된 관상결정체(22)의 평균실제벽두께를 나타내는 실제벽두께신호를 계산하고 발생하기 위한 수단과, 사전에 선택된 벽두께값신호를 신제벽두께값신호와 비교하고 사전에 선택된 벽두께 값신호가 평균실제벽두께값 신호보다 작을 때에 도가니 가열수단(26)에 제3신호와 사전에 선택된 벽두께신호가 평균실제 벽두께값신호보다 클 때에 도가니가열수단(26)에 제4신호를 전달하기 위한 수단으로 구성됨을 특징으로 하는 장치.
10. 선택된 물질의 용융물을 수용하기 위한 도가니(24)를 가열하기 위한 가열수단, 용융물로부터 관상결정체(22)를 성장시키기 위한 성장수단(20)을 포함하고, 성장수단(20)은 관상결정체(22)의 형상을 제어하기 위하여 용융물과 연통하는 도가니(24)내의 성형수단(28), 관상결정체가 성장되는 종자(39)를 지지하기 위한 종자홀더수단(36)과, 관상결정체(22)와 종자(39) 그리고 종자홀더수단(36)을 성형수단(28)로부터 인상하기 위한 인상수단(35)으로 구성되며, 용융물보충시스템(18)이 선택된 물질의 고체입자를 저장하기 위한 용기(302)와 작동신호의 수신시에 용기(302)로부터 도가니(24)내의 용융물에 정량의 이송하기 위한 분배수단(306)으로 구성되는 결정성장장치(20)에 용융물을 보충하기 위한 용융물보충시스템(18)의 작동을 제어하는 방법에 있어서, 이 방법이 용융물로부터 관상결정체(22)를 성장시키시 시작하도록 장치(20)를 작동시키는 단계, 관상결정체(22)의 무게를 측정하는 단계, 관상결정체(22)내의 압력을 측정하는 단계, 관상결정체(22)의 측정된 무게와 관상결정체 내의 측정된 압력에 기초하여 관상결정체(22)의 실무게를 측정하고 선택된 시간간격동안 관상결정체(22)의 실무게의 변화를 나타내는 실무게값의 변화를 제공하는 단계, 용융물보충시스템(18)의 용기(302)에 저장된 고체입자의 무게를 측정하고 선택된 시간간격동안 용기(302)내에 저장된 입자의 무게의 변화를 나타내는 입자무개값의 변화를 제공하는 단계, 합성값을 발생토록 실무게값의 변화를 입자무게값의 변화에 가산하는 단계, 합성값을 제로값에 비교하는 단계, 합성값이 제로값 보다 큰 경우에만 작동신호(308)를 발생하고 이 작동신호(308)를 분배수단(306)에 제공하는 단계와, 작동신호와 수신시의 정량의 입자를 이송토록 분배수단(306)을 작동시키는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 결정성장장치용 용융물보충시스템의 작동제어방법.
11. 청구범위 10항에 있어서, 정량의 입자가 사전에 선택된 시간동안 이송되고, 작동신호(308)를 발생하는 단계가 합성값의 부호와 크기에 따라 변화하는 공급량 정보를 갖는 제어신호를 발생하는 단계로 구성되며, 분배수단(306)을 작동시키는 단계가 선택된 시간간격 중에 분배수단(306)에 의하여 이송된 입자의 정량이 제어신호의 공급량정보에 따라 변화하도록 함을 특징으로 하는 방법.