DE4328982C2 - Verfahren zum Regeln eines Mengenstromes von Partikeln zu einem Schmelztiegel und Regelanordnung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

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.