DE4328982C2 - Verfahren zum Regeln eines Mengenstromes von Partikeln zu einem Schmelztiegel und Regelanordnung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zum Regeln eines Mengenstromes von Partikeln zu einem Schmelztiegel und Regelanordnung zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines Mengenstromes von
Partikeln zu einem Schmelztiegel nach dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
Beim Kristallziehen nach der Czochralski-Methode (CZ-Verfahren) wird aus
einer in einem beheizten Tiegel befindlichen Schmelze, die aus dotiertem
Silizium besteht, mit konstanter Geschwindigkeit ein Kristall gezogen, wo
bei die Phasengrenze fest/flüssig sich im Bereich des Schmelzenspiegels
befindet. Dieses Verfahren kann chargenweise durchgeführt werden, d. h.
das ganze, für das Ziehen eines einzigen Kristalls benötige Material ein
schließlich des erforderlichen Dotierungsstoffes wird im Schmelzentiegel
vorgelegt und nach weitgehendem Verbrauch dieses Materials der Zieh
prozeß beendet. Die Tendenz geht jedoch in Richtung von Kristallen mit
größerer Länge und größerem Durchmesser und dann in Richtung auf eine
kontinuierliche Verfahrensführung mit laufender Beschickung des Tiegels
mit dotiertem Ausgangsmaterial. Dieses Verfahren wird mit der Bezeich
nung CCZ-Verfahren belegt (=Continuierliches Czochralski-Ziehverfahren).
Bei Ziehverfahren aus der Schmelze tritt an der Phasengrenze fest/flüssig
hinsichtlich des Gehalts an Dotierstoffen, zu denen je nach der Charakte
ristik der zu erzielenden Stoffeigenschaften Phosphor, Arsen, Antimon und
Bor gehören, ein Konzentrationssprung auf, d. h. in dem gezogen, festen
Material des Kristalls befindet sich deutlich weniger Dotierstoff als in der zu
rückbleibenden Schmelze im Tiegel. Dies führt bei einem diskontinuierli
chen oder chargenweisen Verfahren zu einer zunehmenden Anreicherung
der Dotierstoffe in der Schmelze, wodurch naturgemäß auch die Konzen
tration des Dotierstoffes mit der Zeit ansteigt, so daß die Konzentration an
Dotierstoffen in dem zuletzt gezogenen Teil des Kristalls deutlich höher ist
als in dem zuerst gezogenen Teil des Kristalls. Mit der Zunahme an Do
tierstoffen über die Länge des Kristalls nimmt aber umgekehrt dessen elek
trischer Widerstand ab. Da dieser Effekt mit zunehmender Länge des Kri
stalls gleichfalls zunimmt, wurden kontinuierlich betriebene Verfahren ent
wickelt, bei denen durch die Konzentration der Dotierstoffe in dem nach
träglich der Schmelze zugeführten Material eine Kompensation des vorste
hend beschriebenen Effekts herbeigeführt wird.
Es ist bei der kontinuierlichen Czochralski-Methode bereits bekannt, dem
Schmelztiegel die Dotierstoffe in Form dünner Stäbe zuzuführen, die konti
nuierlich in die Schmelze eingeführt werden. Die Herstellung dieser Stäbe
ist jedoch außerordentlich aufwendig, und es hat sich bisher nicht als mög
lich erwiesen, über die gesamte Länge dieser Stäbe die gewünschte Kon
zentration an Dotierstoffen einzustellen. Außerdem ist die Handhabung die
ser sehr spröden Stäbe schwierig.
Durch die EPA1-0 537 988 ist eine gewichtsabhängige Regelung eines
Stromes rieselfähiger Partikel zu einem Schmelztiegel einer Kristallziehvor
richtung bekannt. Es handelt sich allerdings um größere Mengen undotier
ten Si-Grundmaterials, die den allergrößten Teil des Gesamtgewichts des
fertigen Kristalls ausmachen. Unter einem Hauptsilo ist ein Zwischenbehäl
ter mit einer Auslaßröhre und zwei Absperrventilen angeordnet und dar
unter wiederum ein Vibrationsförderer mit einem Aufnahmebehälter, der auf
einer empfindlichen Gewichtsmeßzelle ruht. Beim Unterschreiten eines
vorgegebenen Gewichts im Aufnahmebehälter werden die Absperrventile
des Zwischenbehälters nacheinander geöffnet, so daß eine Portion der rie
selfähigen Partikel in den Aufnahmebehälter nach rutscht, bis eine obere
Gewichtsgrenze erreicht ist. Der Stoffnachschub ist dabei diskontinuierlich,
und es ist angegeben, daß die gewichtsabhängige Regelung zum Zeitpunkt
der Nachchargierung in den Aufnahmebehälter durch Eingabe eines in
einem Zentral-Prozessor gespeicherten Wertes abgelöst wird. Dennoch ist
eine gewisse Schwankungsbreite des geförderten Stoffstromes nicht aus
zuschließen, da die Abgabemenge aus dem Vibrationsförderer notwen
digerweise zeitlichen Schwankungen unterliegt.
Man hat auch bereits versucht, der Schmelze einen Mengenstrom von Par
tikeln zuzuführen, die dadurch hergestellt wurden, daß man eine standar
disierte Wafer-Scheibe im Rastermaß quadratisch geritzt und in quader
förmige Partikel mit quadratischem Grundriß zerbrochen hat. Derartige
Partikel wurden in endloser Folge, d. h. ohne Abstand untereinander, einem
Klinkengesperre zugeführt, dessen Sperrklinke in vorgegebenen zeitlichen
Abständen jeweils einzelne Partikel für den freien Fall in die Schmelze frei
geben sollte. Diese auf rein mechanisch wirkenden Zwangskräften be
ruhende Methode der Partikel-Vereinzelung und kontrollierten Freigabe
setzt jedoch eine extrem hohe und praktisch kaum realisierbare Maßhaltig
keit der Partikel voraus und führt im praktischen Betrieb zu Störungen
durch hohen Abrieb, Kontamination, Blockierung und Bruch der Partikel.
Infolgedessen sind Klemmungen und Blockierungen auf dem Wege zum
Klinkengesperre und vor allem im Klinkengesperre selbst aufgetreten. Die
Störungen waren teilweise auf die unregelmäßige Form der Partikel zu
rückzuführen, teilweise aber auch auf in der Form abweichende Bruch
stücke, Splitter oder dergleichen, so daß diese Versuche schließlich wieder
aufgegeben wurden.
Durch die EP 0 213 417 A1 ist es bekannt, elektronische Bauteile aus einer
ungeordneten Menge zu vereinzeln und einem Entnahmebereich zuzu
führen, von dem sie mittels eines Greifers einer Montagestelle
lagegerecht zugeführt werden. Dabei sind auch optische Schranken zum
Zwecke des Zählens und der Vereinzelung der Bauteile vorgesehen. Die
Zufuhr zu einem Schmelztiegel ist nicht offenbart, sondern ausge
schlossen, da eine Zerstörung der Bauteile nicht im Sinne der Aufgaben
stellung liegt.
Durch den Prospekt "Ordnen · Zuführen · Montieren" der Firma Rhein-
Nadel Automation GmbH, Aachen, eingegangen beim Deutschen Patent
amt am 13. August 1979, sind Schwingförderer und Handhabungssysteme
für Bauteile bekannt, zu denen überwiegend elektronische Bauteile ge
hören. Es ist nicht offenbart, die Schwingförderer einem Schmelztiegel vor
zuschalten. Dies ist durch die Angabe des Verwendungszwecks auch nicht
nahegelegt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der ein
gangs beschriebenen Gattung anzugeben, das über längere Zeit störungs
frei durchgeführt werden kann, und mit dem eine genau vorgebbare Anzahl
von Partikeln und Dotierungsstoffen pro Zeiteinheit gefördert und in die im
Schmelztiegel befindliche Schmelze eingebracht werden kann.
Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs beschriebenen
Verfahren erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des
Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.
Durch die Vereinzelung der Partikel wird erreicht, daß sich die einzelnen
Partikel gegenseitig nicht mehr behindern, so daß auch deren räumliche
Lage zueinander von untergeordneter Bedeutung ist, jedenfalls solange,
wie die einzelnen Partikel von dem mindestens einen Sensor zuverlässig
erfaßt, d. h., gezählt werden können. Dieses Transport- und Zählverfahren
läßt sich über lange Zeit kontinuierlich störungsfrei durchführen. Sofern
hierbei die Partikel sämtlich die gleiche Größe haben, läßt sich hierdurch
ein genau einstellbarer Stoffstrom erzielen. Sofern als Sensoren solche
Einrichtungen verwendet werden, mit denen außer einem Zählimpuls auch
die Partikelgröße ermittelt werden kann, lassen sich auf diese Weise auch
konstante Stoffströme bei unterschiedlicher Partikelgröße erreichen, bei
spielsweise dann, wenn zwei Partikel halber Größe zu einem einzigen
Zählimpuls verarbeitet werden. Im Hinblick auf größere Partikel ist selbst
verständlich auch der umgekehrte Weg denkbar.
Derartige Sensoren, mit denen auch die Größe der Partikel erfaßt werden
kann, sind - für sich genommen - bekannt: Sie besitzen in der Regel eine
Matrix winziger Fotoempfänger, mit denen durch eine entsprechende Aus
werteschaltung die Partikelgröße bestimmbar ist, beispielsweise auch
durch Vergleich mit einer genormten Partikelgröße.
Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn die Partikel auf dem Wege zum
Schmelztiegel mit Abstand voneinander in Reihe geführt und hierbei
gezählt werden.
Es versteht sich dabei, daß für die Zählung der Istwert-Impulse und der
Sollwert-Impulse bestimmte Zeitspannen vorgegeben werden, an deren
Ende durch den entsprechend eingestellten Regelprozeß die Differenz auf
Null oder nahezu Null gebracht wird.
Es ist dabei im Zuge einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besonders
vorteilhaft, wenn die Quelle diskontinuierlich betrieben wird und wenn die
Fördereinrichtung der Quelle dann eingeschaltet wird, wenn die Zähl
summe der Sollwert-Impulse einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht.
Es ist andererseits aber auch mit besonderem Vorteil möglich, die Quelle
ununterbrochen zu betreiben und die Antriebsleistung der Fördereinrichtung
nach Maßgabe des vom Zähler festgestellten Bedarfs an Partikeln pro
Zeiteinheit zu regeln.
Die Erfindung betrifft auch eine Regelanordnung nach dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 10.
Zur Lösung der gleichen Aufgabe ist diese Regelanordnung erfindungsge
mäß gekennzeichnet durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 10
angegebenen Merkmale.
Durch eine solche Konstruktionsvorschrift einer Regelanordnung werden
die gleichen Vorteile erreicht.
Im Zuge einer vorteilhaften weiteren Ausgestaltung einer solchen Regelan
ordnung ist es besonders vorteilhaft, wenn der Zählerausgang zum Zwecke
einer diskontinuierlichen Regelung einem ersten Eingang einer Vergleichs
anordnung aufgeschaltet ist, deren zweitem Eingang der Ausgang eines
einstellbaren Schwellenwertgebers aufgeschaltet ist, und wenn die Ver
gleichsanordnung in der Weise ausgelegt ist, daß sie beim Überschreiten
des Schwellenwertes den Antrieb der Fördereinrichtung der Quelle ein
schaltet und in Betrieb hält, bis der Zählerausgang zumindest im wesent
lichen auf den Wert Null zurückgeführt ist.
Eine gleichfalls vorteilhafte Variante der erfindungsgemäßen Regelanord
nung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Zählerausgang zum Zwecke ei
ner kontinuierlichen Regelung einem einstellbaren Verstärker aufgeschaltet
ist, dessen Ausgang einem ersten Eingang einer Vergleichsanordnung mit
einem zweiten Eingang für einen Sollwertgeber aufgeschaltet ist, daß in der
Vergleichsanordnung ein Vergleich des Verstärkerausgangs und des
Sollwertgebers herbeiführbar ist, und daß der Ausgang der
Vergleichsanordnung dem Antrieb der Fördereinrichtung der Quelle
aufgeschaltet ist, derart, daß die Abgabemenge der Quelle pro Zeiteinheit
in Übereinstimmung mit der Abzugsmenge pro Zeiteinheit aus dem
Schmelztiegel zumindest im wesentlichen in Übereinstimmung bringbar ist.
Hinsichtlich der konstruktiven Ausführung der Vereinzelungsstrecke ist es
besonders vorteilhaft, wenn diese als mindestens eine schiefe Ebene aus
gebildet ist und wenn der Sensor über einer der schiefen Ebenen angeord
net ist.
Bei Verwendung einer zweiten schiefen Ebene, die auch in Form einer
Rinne oder eines Rohres ausgeführt sein kann, ist es besonders vorteilhaft,
wenn die zweite schiefe Ebene sich über eine Fallstrecke an die erste
schiefe Ebene anschließt und wenn ein zweiter Sensor auf die Fallstrecke
ausgerichtet ist.
Schließlich ist es im Hinblick auf die Reinheit des Endprodukts beim Kri
stallziehen nach der Czochralski-Methode besonders vorteilhaft, wenn
sämtliche mit den Partikeln in Berührung kommenden Teile der Vorrichtung
mindestens an ihrer Oberfläche aus Silizium und!oder Siliziumdioxid beste
hen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes ergeben
sich aus den übrigen Unteransprüchen.
Zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes und ihre Wir
kungsweise werden nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 4 näher erläu
tert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Regelanordnung im Zusam
menwirken mit einer Vorrichtung zum Ziehen von Kristallen nach der
Czochralski-Methode, wobei die Regelung anhand eines vorgegebenen
Schwellenwerts durchgeführt wird,
Fig. 2 den zeitlichen Ablauf des Regelvorgangs in Abhängigkeit von dem
vorgegebenen Schwellenwert,
Fig. 3 eine Variante der Vorrichtung nach Fig. 1 mit einem ununterbro
chenen Betrieb der Quelle, durch Steuerung der Abgabeleistung der Quelle
durch einen einstellbaren Verstärker, und
Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Einstellung der Mindestleistung
der Fördereinrichtung, damit die Quelle überhaupt im Stande ist, Partikel
abzugeben.
In Fig. 1 ist eine Quelle 1 dargestellt, die einen Vorrat an Partikeln 2 ent
hält, und ein Schmelztiegel 13, dem diese Partikel geregelt zugeführt werden. Die
Quelle 1 ist mit einer Fördereinrichtung 4 ausgestattet, die als ein soge
nannter Wendelförderer 5 ausgebildet ist, dessen topfförmige Wand mit ei
nem schraubenlinienförmig gewendelten Steg 6 versehen ist, auf dem die
einzelnen Partikel 2 aus der Vorratsmenge nach oben gefördert werden.
Der Steg bildet im Ergebnis eine schraubenlinienförmig gewendelte schiefe
Ebene 7, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist.
Die Aufwärtsbewegung der einzelnen Partikel 2 erfolgt durch Drehschwin
gungen des Wendelförderers 5 um dessen senkrechte Achse A, wobei
diese Drehschwingungen durch einen Antrieb 8 erzeugt werden. Die
schiefe Ebene 7 endet außerhalb der Mantelfläche des Wendelförderers,
so daß von der Endkante 9 einzelne Partikel im freien Fall freigegeben
werden, wie dies anhand des Partikels 2a dargestellt ist. An dieser Stelle
befindet sich eine sogenannte Fallstrecke 10. Unterhalb dieser Fallstrecke
befindet sich das obere Ende einer schräg nach unten geneigten zweiten
schiefen Ebene 11, die als rinnenförmige Rutsche oder als Rohr ausgebil
det ist und ein Gefälle von mindestens etwa 30 bis 35 Grad aufweist. Das
untere Ende 12 der schiefen Ebene 11 befindet sich unmittelbar oberhalb
des Schmelztiegels 13.
Der Schmelztiegel 13 ist
von einer Heizeinrichtung 14 umgeben. Aus der in dem Schmelztiegel 3
befindlichen Schmelze 15 wird nach der Czochralski-Methode unter konti
nuierlicher Drehung ein Kristall 16 nach oben gezogen, der mittels einer
hier nicht dargestellten zusätzlichen Regeleinrichtung auf einen konstanten
Durchmesser geregelt wird. Das obere Ende des Kristalls 16 ist über ein
Seil 18 mit einer Einrichtung 17 verbunden, die über die Masse des Kristalls
16 einen kontinuierlichen Abzug des Inhalts des Schmelztiegels 13 mit vorgegebener
Menge pro Zeiteinheit bewirkt. Diese Kristallziehvorrichtung 19, die von ei
ner gasdichten und evakuierbaren Kammer 20 umgeben ist, ist einschließ
lich der Einrichtung 17 zum Ziehen des Kristalls 16 Stand der Technik, so
daß sich ein weiteres Eingehen hierauf erübrigt. Es versteht sich, daß die
zweite schiefe Ebene 11 oder ein entsprechendes Rohr in gasdichter
Weise durch die Wand der Kammer 20 hindurch geführt ist, was beispiels
weise durch eine hier nicht näher dargestellte Schleuse geschehen kann.
Am oberen Ende der schiefen Ebene 7 befindet sich über dieser ein erster
Sensor 21, mit dem die auf der schiefen Ebene 7 nach schräg rechts oben
geförderten und vereinzelten Partikel 2 gezählt werden können. In der Nä
he der Fallstrecke 10 befindet sich ein zweiter Sensor 22, mit dem die in
der Fallstrecke 10 befindlichen Partikel gezählt werden können, wie bei
spielsweise das Partikel 2a. Die beiden Sensoren 21 und 22 sind über eine
Mehrfachleitung 23 dem abwärtszählenden Eingang 24 eines Zählers 25
aufgeschaltet, der einen aufwärts zählenden Eingang 26 besitzt. Dem Ein
gang 26 ist ein Sollwertgeber 27 aufgeschaltet, der mit vorgegebenen Zeit
abständen, vorzugsweise mit einer vorgegebenen Frequenz, einzelne Soll
wert-Impulse erzeugt. Aus den einzelnen Istwert-Zählimpulsen und den
Sollwert-Zählimpulsen wird im Zähler 25 eine Differenz gebildet. Der Soll
wertgeber 27 erhält über einen Eingang 28, der mit einem hier nicht gezeig
ten Prozeßrechner für die Steuerung des Ziehprozesses in der Kristallzieh
vorrichtung 19 verbunden ist, eine Vorgabe für die Häufigkeit der Sollwert-
Impulse pro Zeiteinheit.
Ein Zählerausgang 29 ist mit einem ersten Eingang 30 einer Vergleichsan
ordnung 31 verbunden, deren zweiter Eingang 32 mit dem Ausgang 33 ei
nes einstellbaren Schwellenwertgebers 34 verbunden ist, auf dessen Wir
kungsweise nachfolgend noch näher eingegangen werden wird. Die Ver
gleichsanordnung 31 ist in der Weise ausgelegt, daß sie beim Überschrei
ten des Schwellenwertes den Antrieb 8 der Fördereinrichtung 4 der Quelle
1 einschaltet und in Betrieb hält, bis der Zählerausgang 29 zumindest im
wesentlichen bis auf den Wert Null zurückgeführt ist.
Der Ausgang 35 der Vergleichsanordnung 31 ist einem Schaltglied 36 auf
geschaltet, zu dem ein Unterbrecher 37 für eine Netzleitung 38 gehört. Die
Netzleitung 38 führt zu dem bereits beschriebenen Oszillationsantrieb 8 für
den Wendelförderer 5. In der Netzleitung 38 befindet sich noch ein Lei
stungssteller 39, mit dem eine Voreinstellung der Antriebsleistung für den
Antrieb 8 möglich ist. Die Einstellung kann manuell oder über den bereits
beschriebenen, aber nicht dargestellten Prozeßrechner erfolgen, darüber
hinaus aber auch über eine gestrichelt dargestellte Leitung 40, die den
Leistungssteller 39 mit einem weiteren Ausgang 41 des Zählers 25 verbin
det. Sollte der Zähler beispielsweise feststellen, daß die Fördereinrichtung
4 aus dem Regelbereich herausläuft, indem beispielsweise zu viele oder zu
wenige Partikel 2 gefördert werden, so kann durch einen Eingriff in den
Leistungssteller 39 über die Leitung 40 eine Rückführung der Leistung der
Fördereinrichtung 4 in den Regelbereich herbeigeführt werden. Es handelt
sich hierbei um eine zusätzliche Kontrollfunktion für die Quelle 1.
Die Wirkungsweise der Regelanordnung nach Fig. 1 über die Vergleichs
anordnung 31 wird nunmehr anhand der Fig. 2 erläutert. Auf der Abszisse
ist die Zeit t in willkürlichen Einheiten dargestellt. Über den Schwellenwert
geber 34 wird ein Schwellenwert W1 vorgegeben. Der Antrieb 8 der För
dereinrichtung 4 befindet sich zunächst im Stillstand, was durch das Sym
bol "0" auf der unteren Abszisse dargestellt ist. Es werden also in diesem
Zustand keine Partikel gefördert. Der Zählerstand des Zählers 25 läuft
nunmehr aufgrund der Impulseingabe des Sollwertgebers 27 bis auf den
Schwellenwert W1 hoch. Dieser Vorgang ist durch den Kurvenabschnitt 42
angedeutet. Beim Erreichen des Schwellenwertes W1 wird über das
Schaltglied 36 der Antrieb 8 der Fördereinrichtung 4 eingeschaltet, womit
aus dem in Fig. 1 dargestellten Zustand heraus der Transport der Partikel
2 sofort beginnt, und im Zähler 25 ein Abwärts-Zählvorgang erfolgt, der
durch den Kurvenabschnitt 43 angedeutet ist. Der Zählerinhalt wird jetzt
wieder bis auf den Wert Null heruntergezählt, wodurch der Antrieb 8 wieder
stillgesetzt wird. Das Spiel wiederholt sich jetzt, was durch die Kurvenab
schnitte 42a und 43a angedeutet ist. Die jeweilige Einschaltdauer des An
triebs 8 wird durch die schraffierten Rechtecke 44 bzw. 44a angedeutet, zu
denen die Einschaltsymbole "I" gehören. Dazwischen liegt eine weitere
Stillstandspause, die durch das Symbol "0" angedeutet ist. Es handelt sich
bei dieser Regelung um eine quasi-kontinuierliche Regelung. Die Annähe
rung an eine kontinuierliche Regelung ist um so stärker, je niedriger der
Schwellenwert W1 angesetzt wird, wodurch die Zahl der Einschaltimpulse
44 bzw. 44a für den Antrieb 8 zunimmt und die jeweilige Einschaltdauer
abnimmt.
Fig. 3 zeigt im oberen Teil die gleichen Vorrichtungsdetails wie Fig. 1,
aus welchem Grunde die Bezugszeichen nur teilweise wiederholt werden.
Die Regelanordnung unterscheidet sich jedoch von derjenigen nach Fig. 1
wie folgt: Der Zählerausgang 29 ist zum Zwecke einer kontinuierlichen Re
gelung einem einstellbaren Verstärker 45 aufgeschaltet, dessen Ausgang
46 einem ersten Eingang 47 einer Vergleichsanordnung 48 aufgeschaltet
ist, die einen zweiten Eingang 49 besitzt. In der Vergleichsanordnung 48
findet eine Addition des Zählerausgangs und des Sollwertgebers 50 statt,
und der Ausgang 51 der Vergleichsanordnung 48 ist in der Weise dem An
trieb 8 der Fördereinrichtung 4 der Quelle 1 aufgeschaltet, daß die Abga
bemenge der Quelle pro Zeiteinheit in Übereinstimmung mit der Abzugs
menge pro Zeiteinheit aus dem Schmelztiegel 13 zumindest im wesentlichen in Über
einstimmung bringbar ist. In diesem Falle wird der Netzstrom über
die Netzleitung 38 dem Leistungssteller 39 zugeführt, der seinen
Sollwert über den Ausgang 51 und die Leitung 52 erhält.
In Fig. 4 wird anhand eines Diagramms erläutert, in welcher Weise die
minimale Antriebsleistung für die Fördereinrichtung 4 eingestellt werden
kann: Auf der Abszisse ist die Zeit t in Sekunden dargestellt, auf der Ordi
nate die dem Antrieb 8 der Fördereinrichtung 4 zugeführte elektrische Lei
stung "N". Ausgehend vom Abszissenwert 0
wird die dem Antrieb 8 zugeführte elektrische Leistung allmählich gestei
gert, bis beispielhaft bei etwa 20% der Nennleistung die Aufwärtsförderung
der Partikel beginnt. Dies ist in etwa der untere Grenzwert für den Regelbe
reich. In dem rechts daneben liegenden Kurvenbereich werden die Ver
hältnisse dargestellt, die beispielsweise auftreten, wenn sich die Partikel
nur bei einer größeren Antriebsleistung bewegen lassen. In diesem Falle
werden beispielsweise 30% der Nennleistung benötigt, um mit der Förde
rung eines Partikelstromes beginnen zu können. Sollen die Stoffströme er
höht werden, so kann von den dargestellten Grenzwerten aus das Regel
system eingreifen und die Stoffströme weiter erhöhen, bis die Überein
stimmung mit dem jeweiligen Sollwert gegeben ist.
Claims (16)
1. Verfahren zum geregelten Beschicken eines Schmelztiegels (13) mit
Partikeln während des Ziehens eines Kristalls (16) nach der
Czochralski-Methode durch Regeln eines Mengenstromes von Partikeln
(2, 2a) von einer Quelle (1) zum Schmelztiegel (13), wobei die Quelle
(1) mit einer Fördereinrichtung (4) zur Abgabe von Partikeln in
einstellbarer Menge pro Zeiteinheit ausgestattet ist und aus dem
Schmelztiegel (13) ein mit Hilfe der Partikel gebildeter Kristall (16) mit
konstantem Durchmesser und konstanter Dotierung abgezogen wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die dotierten Partikel (2, 2a) auf dem
Wege zum Schmelztiegel (13) vereinzelt und durch mindestens einen
Sensor (21, 22) gezählt werden, daß die Folge der Zählimpulse einem
Zähler (25) zugeführt und in diesem mit einer entsprechenden Folge
von Sollwert-Impulsen verglichen wird, und daß das aus Zählimpulsen
und Sollwert-Impulsen gebildete Vergleichssignal unter
Berücksichtigung seines Vorzeichens als Regelsignal zur Anpassung
der pro Zeiteinheit von der Quelle (1) abgegebenen Einzelpartikel an
den Sollwert verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Parti
kel (2, 2a) auf dem Wege zum Schmelztiegel (13) mit Abstand
voneinander in Reihe geführt und hierbei gezählt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle
(1) diskontinuierlich betrieben wird und daß die Fördereinrichtung (4)
der Quelle dann eingeschaltet wird, wenn eine vorgegebene Zähl
summe der Sollwert-Impulse einen vorgegebenen Schwellenwert (W1)
erreicht.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle
(1) ununterbrochen betrieben wird und daß die Antriebsleistung der
Fördereinrichtung (4) nach Maßgabe des vom Zähler (25) festgestellten
Bedarfs an Partikeln pro Zeiteinheit geregelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Parti
kel (2, 2a) als im wesentlichen plättchenförmige, vorzugsweise dotierte,
Körper ausgebildet sind.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Parti
kel (2, 2a) einen standardisierten Gehalt an Dotierungsstoffen aus der
3. oder 5. Gruppe des Periodensystems wie P, As, Sb, B enthalten.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Partikel (2, 2a) aus einer Waferscheibe mit vorgegebener Do
tierung durch Ritzen und Brechen zu rechteckigen, vorzugsweise qua
dratischen, Plättchen hergestellt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pro
Zeiteinheit geförderte Menge an Partikeln (2, 2a) zusätzlich überwacht
und die Untergrenze des Regelbereichs der Fördereinrichtung (4) er
höht wird, wenn die Partikelmenge hinter einer vorgegebenen Menge
zurückbleibt.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fre
quenz der Sollwert-Impulse (Zählimpulse) durch einen zur Vorrichtung
gehörenden Prozeßrechner gesteuert wird.
10. Regelanordnung zum geregelten Beschicken eines Schmelztiegels (13)
mit Partikeln (2, 2a) während des Ziehens eines Kristalls (16) nach der
Czochralski-Methode nach Anspruch 1 mit einer Quelle (1) für einen
Vorrat an Partikeln (2, 2a) und mit einem Schmelztiegel (13) für die
Aufnahme der Partikel, wobei die Quelle (1) mit einer Fördereinrichtung
(4) zur Abgabe von Partikeln in einstellbarer Menge pro Zeiteinheit
ausgestattet ist und dem Schmelztiegel (13) eine Einrichtung (17) zum
kontinuierlichen Abzug eines Kristalls (16) mit vorgegebenem
Durchmesser und vorgegebener Dotierung zugeordnet ist, dadurch ge
kennzeichnet, daß auf dem Wege der Partikel (2, 2a) zum
Schmelztiegel (13) eine Vereinzelungsstrecke (7, 11) für die dotierten
Partikel angeordnet ist, daß der Vereinzelungsstrecke mindestens ein
Sensor (21, 22) zum Zählen der Partikel zugeordnet ist, daß der
Ausgang eines jeden Sensors (21, 22) einem ersten Eingang (24) eines
Zählers (25) aufgeschaltet ist, der einen zweiten Eingang (26) für einen
Sollwertgeber (27) aufweist und in der Weise ausgelegt ist, daß im
Zähler die Differenz zwischen den Zählimpulsen des Sensors (21, 22)
und den vom Sollwertgeber gelieferten Sollwert-Impulsen bildbar ist,
und daß der Zählerausgang (29) einer Steuereinrichtung (Schaltglied
36, Verstärker 45) für den Antrieb (8) der Fördereinrichtung (4) der
Quelle (1) aufgeschaltet ist.
11. Regelanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
der Zählerausgang (29) zum Zwecke einer diskontinuierlichen Rege
lung einem ersten Eingang (30) einer Vergleichsanordnung (31) aufge
schaltet ist, deren zweitem Eingang (32) der Ausgang (33) eines ein
stellbaren Schwellenwertgebers (34) aufgeschaltet ist und daß die Ver
gleichsanordnung (31) in der Weise ausgelegt ist, daß sie beim Über
schreiten des Schwellenwertes den Antrieb (8) der Fördereinrichtung
(4) der Quelle (1) einschaltet und in Betrieb hält, bis der Zählerausgang
(29) zumindest im wesentlichen auf den Wert Null zurückgeführt ist.
12. Regelanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
der Zählerausgang (29) zum Zwecke einer kontinuierlichen Regelung
einem einstellbaren Verstärker (45) aufgeschaltet ist, dessen Ausgang
(46) einem ersten Eingang (47) einer Vergleichsanordnung (48) mit ei
nem zweiten Eingang (49) für einen Sollwertgeber (50) aufgeschaltet
ist, daß in der Vergleichsanordnung (48) ein Vergleich des Verstärker
ausgangs (46) und des Sollwertgebers (50) herbeiführbar ist, und daß
der Ausgang (51) der Vergleichsanordnung (48) dem Antrieb (8) der
Fördereinrichtung (4) der Quelle (1) aufgeschaltet ist, derart, daß die Ab
gabemenge der Quelle pro Zeiteinheit in Übereinstimmung mit der Ab
zugsmenge pro Zeiteinheit aus dem Schmelzentiegel (13)
in Übereinstimmung bringbar ist.
13. Regelanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die Quelle (1) als Wendelförderer (5) ausgebildet ist.
14. Regelanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die Vereinzelungsstrecke als mindestens eine schiefe Ebene (7, 11)
ausgebildet ist und daß der mindestens eine Sensor (21, 22) über einer
der schiefen Ebenen (7, 11) angeordnet ist.
15. Regelanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß
sich an eine erste schiefe Ebene (7) über eine Fallstrecke (10) eine
zweite schiefe Ebene (11) anschließt und daß ein erster Sensor (21)
auf die erste schiefe Ebene (7) und ein zweiter Sensor (22) auf die
Fallstrecke (10) ausgerichtet ist.
16. Regelanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
alle mit den Partikeln in Berührung kommenden Teile der Vorrichtung
mindestens an ihrer Oberfläche aus Si und/oder SiO₂ bestehen.
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