Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Czochralski-Zucht-Halbleitereinkristalls
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Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Herstellen eines nach dem Czochralski-(CZ)-Verfahren gezüchteten Halbitereinkristalls,
und insbesondere auf ein CZ-Halbleitereinkristallzuchtsystem des Typs mit einem
Gasrektifizierrohr und einem Positionssensor zum Erfassen der Position oder des Pegeis der
Schmelzenoberfläche in einem Tiegel.
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Das Czochralski-(CZ)-Verfahren ist bekannt als Halbleitereinkristallzuchtverfahren, bei
dem ein Einkristallbarren gezüchtet wird durch Ziehen aus der in einem Tiegel
enthaltenen Schmelze aus Halbleitermaterial. Bei einer zum Ausführen des CZ-Verfahrens
verwendeten Vorrichtung wird zur Steuerung der Konzentration eines Dotierstoffs und von
Verunreinigungen, etwa Sauerstoff und Kohlenstoff, im Zuchtkristall der Tiegel mit einer
Veränderung der Menge der Schmelze in dem Tiegel angehoben, um die
Schmelzenoberfläche während des gesamten Kristallzuchtprozesses auf einem konstanten
Pegel zu halten. Insbesondere bei einer CZ-Einkristallzuchtvorrichtung des Typs mit einem
Gasrektifizierrohr müssen das untere Ende des Gasrektifizierrohres und die
Schmelzenoberfläche in einer konstanten Lagebeziehung gehalten werden.
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Dementsprechend sind eine genaue Erfassung und Messung der Position oder des
Pegels der Schmelzenoberfäche erforderlich, um eine präzise Steuerung des Dotierstoffs
und der Verunreinigungskonzentrationen in dem gezüchteten Kristall zu erzielen. Im Fall
der das Gasrektifizierrohr verwendenden Vorrichtung muß der Abstand oder
Zwischenraum zwischen dem unteren Ende des Gasrektifizierrohres und der Schmezenoberfläche
genau erfaßt und gemessen werden.
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Fig. 3 zeigt diagrammartig einen mit einer konventionellen CZ-
Halbleitereinkristallzuchtvorrichtung 40 verbundenen Positionssensor zum Erfassen der
Position der Schmelzenoberfläche. Der konventionelle Positionssensor ist so aufgebaut,
daß ein von einer Lichtquelle 42 ausgestrahlter Lichtstrahl durch ein erstes Sichtfenster
46 an einer Kammer 44 tritt und auf die Oberfläche einer in einem Quarztiegel C
enthaltenen Schmelze M trifft. Das von der Schmelzenoberfläche reflektierte Reflexionslicht
breitet sich aus durch ein zweites Sichtfenster 48 und wird von einem
lichtempfindlichen
Element 50 empfangen. Das lichtempfindliche Element 50 erfaßt die Position der
Schmelzenoberfläche abhängig von der Position des empfangenen Reflexionslichts,
welche Position bei einer Veränderung der Position der Schmelzenoberfläche variiert.
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Der Positionssensor mit dem vorstehenden Aufbau kann jedoch nicht richtig arbeiten,
wenn in der Kammer ein wachsender Einkristall oder ein Gasrektifizierrohr anwesend ist.
Dies liegt daran, daß wegen der die Lichtausbreitung blockierenden Anwesenheit eines
Hindernisses (das heißt des wachsenden Einkristalls oder des Gasrektifizierrohrs) der
Lichtstrahl nicht die Schmelzenoberfläche erreichen kann oder das Reflexionslicht nicht
das lichtempfindliche Element erreichen kann. Der konventionelle Positionssensor kann
nur zur Messung der Position der Schmelzenoberfläche verwendet werden.
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Während des Kristallzuchtprozesses führt das Gasrektifizierrohr eine thermische
Ausdehnung und Kontraktion aus, und die Stärke der thermischen Ausdehnung und
Kontraktion variiert in komplizierter Weise. Als Folge dieser thermischen Ausdehnung und
Kontraktion des Gasrektifizierrohres variiert auch der Abstand zwischen dem unteren
Ende des Gasrektifizierrohres und der Schmelzenoberfläche.
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Wie zuvor erwähnt sollte dieser Abstand vorzugsweise konstant gehalten werden
während des Kristallzuchtprozesses, wobei anderenfalls die Kristalleigenschaften des
wachsenden Kristalls, insbesondere die Dotierstoffkonzentrationen und
Verunreinigungen, etwa Sauerstoff und Kohlenstoff, unregelmäßig und instabil werden.
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In Anbetracht der vorstehenden Nachteile des Standes der Technik strebt die
Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung an, die einen CZ-Halbleitereinkristall mit
besserer Gleichmäßigkeit der Kristalleigenschaften, etwa der Konzentration von Dotierstoffen
und Verunreinigungen einschließlich Sauerstoff und Kohlenstoff, durch Erfassen des
Abstandes zwischen der Schmelzenoberfläche und dem unteren Ende eines
Gasrektifizierrohres in einer Kammer zum Konstanthalten dieses Abstandes während des gesamten
Kristallzuchtprozesses erzeugen können.
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Um die vorstehenden Aufgaben zu lösen, sieht die Erfindung vor eine Vorrichtung
zum Erzeugen eines nach dem Czochralski-Verfahren gezüchteten Halbleitereinkristalls
des Typs mit einem Gasrektifizierrohr mit kreisförmig zylindrischer Form oder einer sich
nach unten verjüngenden Konfiguration, und zwar konzentrisch mit einem Tiegel und
unmittelbar über der Oberfläche einer Schmelze in dem Tiegel angeordnet, um einen
gezüchteten Einkristall zu umgeben, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ferner
aufweist einen an einem unteren Ende des Gasrektifizierrohres angeordneten und einen
Referenzpunkt definierenden Referenzreflektor, ein erstes und ein zweites optisches
System,
die über dem Referenreflektor angeordnet sind, zum Verändern der
Ausbreitungsrichtung des Lichts aus der Horizontalen in die Vertikale und umgekehrt, einen aus einer
ersten Lichtquelle zum Ausstrahlen eines Lichtstrahls in einer ersten horizontalen
Richtung auf das erste optische System zu einem ersten lichtempfindlichen Element, das von
der Schmelzenoberfläche in dem Tiegel reflektiertes Reflexionslicht empfängt,
aufgebauten ersten Positionssensor, einen aus einer zweiten Lichtquelle zum Ausstrahlen eines
Lichtstrahls in einer zweiten horizontalen Richtung auf das zweite optische System zu
und einem zweiten lichtempfindlichen Element, das von dem Referenzreflektor
reflektiertes Reflexionslicht empfängt, aufgebauten zweiten Positionssensor, wobei der von der
ersten Lichtquelle des ersten Positionssensors ausgestrahlte Lichtstrahl in einem kleinen
Winkel zu der Vertikalen auf die Schmelzenoberfläche trifft, um eine Erfassung der
Schmelzenoberfläche zu ermöglichen, und der von der zweiten Lichtquelle des zweiten
Positionssensors ausgestrahlte Lichtstrahl in einem kleinen Winkel zu der Vertikalen
aufden Referenzreflektor trifft, um eine Erfassung des Referenzpunkts zu ermöglichen.
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Durch die Verwendung eines einzelnen bewegbaren Positionssensors kann der erste
oder der zweite Positionssensor und das entsprechende erste oder zweite optische
System weggelassen werden. Der bewegbare Positionssensor kann eine Lichtquelle, etwa
ein Laser, beinhalten, die einen Lichtstrahl (Laserstrahl) selektiv auf die
Schmelzenoberfläche und den Referenzreflektor abstrahlt, und ein lichtempfindliches Element, das von
der Schmelzenoberfläche reflektiertes Reflexionslicht und von dem Referenzreflektor
reflektiertes Reflexionslicht empfängt. Wenn in diesem Fall die Lichtempfangsfläche des
lichtempfindlichen Elements ausreichend groß ist und die Lichtquelle bewegbar oder
schwenkbar ausgeführt ist, um den Winkel der Abstrahlung des Lichtstrahls zu
verändem, kann das gleiche Ergebnis wie oben beschrieben erzielt werden ohne Bewegung
des ganzen Positionssensors. Ein beliebiger anderer Mechanismus oder Aufbau kann für
einen bewegbaren Positionssensor verwendet werden, unter der Voraussetzung daß ein
von einer einzelnen Lichtquelle abgestrahlter Lichtstrahl selektiv auf die
Schmelzenoberfläche in dem Tiegel und den Referenzreflektor trifft und von der Schmelzenoberfläche
reflektiertes Reflexionslicht und von dem Referenzreflektor reflektiertes Reflexionslicht
von einem einzigen lichtempfindlichen Element empfangen werden.
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Wenn die Schmelzenoberfläche und der Referenzpunkt durch die erfindungsgemäße
Vorrichtung erfaßt werden sollen, breitet sich ein Lichtstrahl durch das optische System
(zum Beispiel ein Prisma) zu der Schmelzenoberfläche mit einem kleinen zwischen dem
Lichtstrahl und der Vertikalen (das heißt dem senkrechten Einfall) gebildeten
Einfallswinkel aus. Zumindest ein Teil des Lichtstrahls wird von der Schmelzenoberfläche
reflektiert, und von der Schmelzenoberfläche reflektiertes Reflexionslicht breitet sich zu dem
optischen System in einem dem Einfallswinkel gleichen Reflexionswinkel aus. Das
Reflexionsucht
wird dann von dem lichtempfindlichen Element erfaßt. Da der optische Weg
des Einfallslichts (Lichtstrahls) gegenüber der Vertikalen leicht angewinkelt oder geneigt
ist, variiert der Projektionspunkt des Reflexionslichts auf dem lichtempfindlichen Element
mit einer Veränderung des Pegels der Schmelzenoberfläche. Unter Verwendung dieses
Phänomens kann der Pegel der Schmelzenoberfläche erfaßt werden.
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Wenn im Gegensatz dazu der Lichtstrahl entlang einem vertikalen optischen Weg auf
die Schmelzenoberfläche projiziert wird, breitet sich von der Schmelzenoberfläche
reflektiertes Reflexionslicht entlang dem gleichen vertikalen optischen Weg wie der
Einfallslichtstrahl aus. Der so angeordnete optische Weg ist bezüglich der Erfassung der
Schmelzenoberfläche nicht für die erfindungsgemäße Vorrichtung geeignet.
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Es ist daher wichtig, daß zur Ermöglichung der Schmelzenpegeerfassung der die
Schmelzenoberfläche treffende Lichtstrahl mit der vertikalen Achse (das heißt dem
senkrechten Einfall) einen gewissen Einfallswinkel bildet. Damit breitet sich von der
Schmelzenoberfläche reflektiertes Reflexionslicht entlang einem anderen optischen Weg
als der Lichtstrahl (des Einfallslichts) aus.
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Bei einem mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeführten CZ-
Halbleitereinkristallzuchtverfahren kann die relative Lage zwischen der
Schmelzenoberfläche und dem durch den Reflektor definierten Referenzpunkt während des
Zuchtprozesses frei eingestellt werden.
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Erfindungsgemäß ist unter Verwendung eines engen Innenraums in einem oberen
Bereich der CZ-Halbleitereinkristallzuchtvorrichtung ein einen Referenzpunkt definierender
Referenzreflektor an dem unteren Ende eines Gasrektifizierrohres angeordnet, und
zumindest ein optisches System ist über dem Referenzpunkt angeordnet zur Veränderung
der Ausbreitungsrichtung des Lichts von der Vertikalen in die Horizontale und
umgekehrt. Zumindest eine optische Positionserfassungseinrichtung oder ein Sensor ist
außerhalb der Kammer der Vorrichtung angeordnet und in der horizontalen Richtung mit
dem optischen System ausgerichtet. Der optische Positionssensor strahlt selektiv einen
Lichtstrahl auf die Schmelzenoberfläche und den Referenzreflektor und empfängt von
der Schmelzenoberfläche reflektiertes Reflexionslicht und von dem
Referenzreflektorpunkt reflektiertes Reflexionslicht, um den Pegel der Schmelzenoberfläche und den
Pegel des Referenzpunkts zu erfassen zur Steuerung des Abstands zwischen der
Schmelzenoberfläche und dem unteren Ende des Gasrektifizierrohres.
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Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden
dem Fachmann anhand der detaillierten Beschreibung und Zeichnungen deutlich, wobei
bevorzugte und die Erfindungsprinzipien darstellende Ausführungsbeispiele als
illustrierende Beispiele gezeigt sind.
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Fig. 1 ist eine diagrammartige Ansicht eines Hauptteils einer CZ-
Halbleitereinkristallzuchtvorrichtung nach einem erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiel;
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Fig. 2 ist eine Fig. 1 ähnliche Ansicht, zeigt jedoch ein anderes erfindungsgemäßes
Ausführungsbeispiel; und
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Fig. 3 ist eine diagrammartige Ansicht eines in einer konventionellen CZ-
Halbleitereinkristallzuchtvorrichtung enthaltenen optischen Erfassungssystems zur
Erfassung des Pegels der Schmelzenoberfläche.
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In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zur Herstellung eines nach dem
CZ-Verfahren gezüchteten Haibleitereinkristalls gezeigt.
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Die Vorrichtung 10 beinhaltet einen Quarztiegel C zum darin Halten einer Schmelze M
aus Halbleitermaterial, etwa Silizium, und ein mit dem Tiegel konzentrisches
Gasrektifizierrohr P, das unmittelbar über der Schmelzenoberfläche 24 angeordnet ist, um einen
aus der Schmelze M gezogenen Halbleitereinkristall einzuschließen oder zu umgeben.
Das Gasrektifizierrohr P hat eine kreisförmige zylindrische Form oder einen sich nach
unten verjüngenden Aufbau. An einem unteren Ende (Vorderende) des
Gasrektifizierrohres P ist ein Referenzreflektor 12 angeordnet und definiert einen Referenzpunkt 26.
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Eine mit 14 bezeichnete erste Positionserfassungseinrichtung oder ein Sensor ist
außerhalb einer Kammer (nicht bezeichnet) der Vorrichtung 10 angeordnet. Der erste
Positionssensor 14 ist aufgebaut aus einer ersten Lichtquelle und einem ersten
lichtempfindlichen Element, die beide nicht gezeigt sind. Die Ziffer 16 bezeichnet ein erstes den
optischen Weg veränderndes optisches System, etwa ein Prisma, das innerhalb der
Kammer angeordnet und in der horizontalen Richtung mit dem ersten Positionssensor 14
ausgerichtet ist, um die Richtung der Lichtausbreitung von der Horizontalen in die
Vertikale und umgekehrt zu verändern. Das erste den optischen Weg verändernde optische
System 16 (im folgenden der Kürze halber als "erstes optisches System" bezeichnet) ist
über dem Referenzreflektor 12 angeordnet, wird jedoch außerhalb einer vertikalen
Ausrichtung mit dem Referenzpunkt 26 gehalten.
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Genauso ist ein zweiter Positionssensor 18 außerhalb der Kammer der Vorrichtung 10
angeordnet und beinhaltet eine zweite Lichtquelle und ein zweites lichtempfindliches
Element, die beide nicht gezeigt sind. Ein mit 20 bezeichnetes zweites den optischen
Weg veränderndes optisches System beinhaltet zum Beispiel ein Prisma und ist in
horizontaler Ausrichtung mit dem zweiten Positionssensor 18 innerhalb der Kammer
angeordnet, um die Richtung der Lichtausbreitung von der Horizontalen in die Vertikale und
umgekehrt zu verändern. Das zweite den optischen Weg verändernde optische System
20 (im folgenden der Kürze halber als "zweites optisches System" bezeichnet) ist direkt
über dem durch den Referenzreflektor 12 definierten Referenzpunkt 26 angeordnet.
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Eine mit 22 bezeichnete Arithmetik- und Logikeinheit ist elektrisch mit dem ersten
Positionssensor 14 und dem zweiten Positionssensor 18 verbunden, um den Pegel der
Schmelzenoberfläche 24, den Pegel des Referenzpunkts 26 und den Abstand zwischen
der Schmelzenoberfläche 24 und dem Referenzpunkt 26 (das heißt dem unteren Ende
des Gasrektifizierrohres P) entsprechend von dem ersten und dem zweiten
Positionssensor 14, 18 zugeführten Daten zu berechnen.
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Die Ziffer 28 bezeichnet ein an der Vorrichtung 10 an einem oberen Bereich der
Kammer vorgesehenes Sichtfenster. Von der ersten bzw. der zweiten Lichtquelle
ausgestrahlte Lichtstrahlen breiten sich durch das Sichtfenster 28 in die Kammer aus, und aus
der Kammer zurückreflektiertes Reflexionslicht breitet sich durch das Sichtfenster 28 zu
dem ersten bzw. dem zweiten lichtempfindlichen Element aus.
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Die Vorrichtung 10 mit dem vorstehenden Aufbau funktioniert wie folgt.
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Die erste Lichtquelle des ersten Positionssensors 14 strahlt einen Lichtstrahl, etwa
einen Laserstrahl, in einer horizontalen Richtung auf das erste optische System (Prisma)
hin aus, wo der Laserstrahl vertikal nach unten auf die Schmelzenoberfläche 24 zu
gerichtet wird. Zumindest ein Teil des Lichtstrahls wird von der Schmelzenoberfläche 24
reflektiert, und von der Schmelzenoberfläche 24 reflektiertes Reflexionslicht breitet sich
zurück in einer Richtung vertikal aufwärts zu dem ersten optischen System 16 aus, wo
das Reflexionslicht seine Ausbreitungsrichtung von der Vertikalen in die Horizontale
verändert. Das Reflexionslicht wird schließlich von dem ersten lichtempfindlichen Element
des ersten Positionssensors 14 empfangen. Der erste Positionssensor 14 führt die
erfaßten Daten der Arithmetik- und Logikeinheit 22 zu.
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Entsprechend strahlt die zweite Lichtquelle des zweiten Positionssensors 18 einen
Lichtstrahl, etwa einen Laserstrahl, in einer horizontalen Richtung auf das zweite
optische System (Prisma) 20 hin aus, wo der Laserstrahl vertikal nach unten auf den
Referenzreflektor 12 zu gerichtet wird. Der Lichtstrahl wird von dem Reflektor 12 reflektiert,
und von dem Referenzpunkt 26 reflektiertes Reflexionslicht breitet sich in einer Richtung
vertikal nach oben auf das zweite optische System 20 zu zurück aus, wo das
Reflexionslicht seine Ausbreitungsrichtung von der Vertikalen in die Horizontale verändert.
Danach wird das Reflexionsucht von dem zweiten lichtempfindlichen Element des
zweiten Positionssensors 18 empfangen, der wiederum die erfaßten Daten der
Arithmetikund Logikeinheit 22 zuführt.
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In der Arithmetik- und Logikeinheit 22 werden die erfaßten Daten bezüglich des
Pegels der Schmelzenoberfläche 24 und die erfaßten Daten bezüglich des Referenzpunkts
26 einer arithmetischen Operation oder Berechnung unterworfen, um den Abstand
zwischen der Schmelzenoberfläche 24 und dem Referenzpunkt 26 (das heißt dem unteren
Ende des Gasrektifizierrohres P) zu bestimmen. Der so ermittelte Abstand wird zur
Steuerung der relativen Lage zwischen der Schmelzenoberfläche 24 und dem unteren
Ende des Gasrektifizierrohres P verwendet.
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Bei dem soeben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind der optische Weg jedes der
Lichtstrahlen (Einfallslicht) und der optische Weg des entsprechenden Reflexionslichts
als sich in einer Richtung vertikal nach unten bzw. in einer Richtung vertikal nach oben
erstreckend beschrieben. Dies dient nur der Veranschaulichung. Wie zuvor erwähnt, ist
die Erfassung der Schmelzenoberfläche zum Beispiel nicht in dem Zustand erreichbar,
daß das Einfallslicht und das Reflexionslicht sich entlang dem gleichen optischen Weg
ausbreiten. Es ist daher erforderlich, den Lichtstrahl auf die Schmelzenoberfläche zu
richten, und zwar zum Beispiel in solcher Weise, daß der Lichtstrahl mit der vertikalen
Achse (senkrechter Einfall) eine kleinen Einfallswinkel bildet.
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Der bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendete erste und der
zweite Positionssensor 14 und 18 sind stationär oder von festgelegter Position. Diese
stationären Positionssensoren 14, 18 können durch einen einzigen bewegbaren
Positionssensor ersetzt werden, der ausgelegt ist zur Erfassung sowohl der Daten bezüglich der
Schmelzenoberfläche 24 als auch der Daten bezüglich des Referenzpunkts 26.
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Ein solcher beweglicher Positionssensor ist beispielhaft in Fig. 2 gezeigt. Der mit 30
bezeichnete bewegliche Positionssensor ist außerhalb der Kammer der Vorrichtung 1
angeordnet und beinhaltet eine Lichtquelle 32 und ein licbtempfindliches Element 34.
Ein den optischen Weg veränderndes optisches System 36 ist über dem
Referenzreflektor 12 innerhalb der Kammer und in horizontaler Richtung mit dem Positionssensor 30
ausgerichtet angeordnet. Das den optischen Weg verändernde optische System 36 (im
folgenden der Kürze halber als "optisches System" bezeichnet) beinhaltet zum Beispiel
ein Pentaprisma und verändert durch Reflexion die Ausbreitungsrichtung des Lichts von
der Horizontalen in die Vertikale und umgekehrt.
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Eine mit 38 bezeichnete Arithmetik- und Logikeinheit ist elektrisch mit dem
Positionssensor 30 verbunden und berechnet den Pegel der Schmelzenoberfläche 24, den Pegel
des durch den Referenzreflektor 12 definierten Referenzpunkt 26 und den Abstand
zwischen der Schmelzenoberfläche 24 und dem Referenzpunkt 26 (das heißt des unteren
Endes des Gasrektifizierrohres P) entsprechend von dem Positionssensor 30 zugeführten
erfaßten Daten. In Fig. 2 bezeichnen den in Fig. 1 gezeigten gleiche Bezugsziffern
gleiche oder entsprechende Teile.
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Die Funktion der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung wird im folgenden beschrieben.
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Zunächst wird der Positionssensor 30 in eine durch die durchgezogenen Linien
bezeichnete Position gesetzt. Dann strahlt die Lichtquelle 32 einen Lichtstrahl, etwa einen
Laserstrahl, in horizontaler Richtung auf das optische System (Pentaprisma) 36 zu aus,
wo der Lichtstrahl seine Ausbreitungsrichtung von der horizontalen Richtung in eine
Richtung vertikal nach unten verändert. Der Lichtstrahl trifft dann auf eine obere
Oberfläche (das heißt den Referenzpunkt 26) des Referenzreflektors 12. Von dem
Referenzreflektor 12 reflektiertes Reflexionslicht breitet sich in einer Richtung vertikal nach oben
aus und trifft auf das optische System 36, wo das Reflexionslicht seine
Ausbreitungsrichtung von der Richtung vertikal nach oben in eine horizontale Richtung ändert. Dann
trifft das Reflexionslicht auf einen vor dem lichtempfindlichen Element 34 angeordneten
Spiegel 39. Der Spiegel 39 reflektiert das Reflexionslicht auf das lichtempfindliche
Element 34 des Positionssensors 30 zu. Damit werden Daten bezüglich des Referenzpunkts
26 erfaßt. Die erfaßten Daten bezüglich des Referenzpunkts 26 werden daraufhin von
dem Positionssensor 30 der Arithmetik- und Logikeinheit 38 zugeführt.
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Dann wird der Positionssensor 30 als Ganzes nach unten verschoben, bis die
Lichtquelle 32 ihre in gestrichelten Linien gezeigte untere Position einnimmt. Obwohl nicht
besonders dargestellt, nimmt das lichtempfindliche Element 34 auch seine untere
Position ein. Die Lichtquelle 32 strahlt wieder einen Lichtstrahl (Laserstrahl) in einer
horizontalen Richtung auf das optische System (Pentaprisma) 36 zu ab, welches den Lichtstrahl
durch Reflexion in eine Richtung vertikal nach unten richtet. Dann trifft der Lichtstrahl
auf die Schmelzenoberfläche 24, und von der Schmelzenoberfläche 24 reflektiertes
Reflexionslicht breitet sich in einer Richtung vertikal nach oben zurück zu dem optischen
System (Pentaprisma) 36 aus, wo das Reflexionslicht in eine horizontale Richtung auf
den Spiegel 39 zu gerichtet wird. Das Reflexionslicht wird dann wiederum von dem
Spiegel 39 reflektiert und schließlich von dem lichtempfindlichen Element 34 des
Positionssensors 30 empfangen. Damit werden Daten bezüglich der Schmelzenoberfläche
erfaßt. Die erfaßten Daten werden dann von dem Positionssensor 30 zu der
Arithmetik- und Logikeinheit 38 geführt. Die Arithmetik- und Logikeinheit 38 berechnet den Pegel
des Referenzpunkts 26, den Pegel der Schmelzenoberfläche 24 und den Abstand
zwischen dem Referenzpunkt 26 (das heißt dem unteren Ende des Gasrektifizierrohres P)
und der Schmelzenoberfläche 24 entsprechend den von dem Positionssensor 30
zugeführten erfaßten Daten. Die Begriffe "Richtung nach vertikal unten" und "Richtung nach
vertikal oben", die zur Bezeichnung der Ausbreitungsrichtung des Lichts benutzt
wurden, sollten als nur zum Zweck der Veranschaulichung verwendet betrachtet werden.
Genauer gesagt bildet, wie in Fig. 2 gezeigt, das Einfallslicht (das heißt der auf die
Schmelzenoberfläche 24 oder den Referenzreflektor 12 treffende Lichtstrahl) mit der
vertikalen Achse (das heißt dem senkrechten Einfall) einen kleinen Einfallswinkel, und
das von der Schmelzenoberfläche 24 oder dem Referenzreflektor 12 reflektierte
Reflexionslicht bildet mit der vertikalen Achse einen kleinen Reflexionswinkel, der dem
Einfallswinkel gleich ist. Der zuvor erwähnte Positionssensor 30 ist als Ganzes vertikal
beweglich, so daß die Lichtquelle 32 und das lichtempfindliche Element 34 gleichzeitig in
vertikaler Richtung verschoben werden. Alternativ kann die Lichtquelle 32 vertikal
beweglich sein, während das lichtempfindliche Element 34 festgelegt oder stationär ist.
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Wie oben beschrieben kann mit der Erfindung, auch wenn in der Kammer ein
Gasrektifizierrohr gleichzeitig, und während ein Einkristall durch Ziehen aus der Schmelze
gezüchtet wird, anwesend ist, der Abstand zwischen dem Gasrektifizierrohr und der
Schmelzenoberfläche gemessen werden. Im Fall einer thermischen Ausdehnung und
Kontraktion des Gasrektifizierrohres während der Kristallzucht wird der Betrag der
thermischen Verformung des Gasrektifizierrohres entsprechend den durch den/die
Positionssensor(en) erfaßten Daten kompensiert mit dem Ergebnis, daß der Abstand zwischen
dem Gasrektifizierrohr und der Schmelzenoberfläche während des gesamten
Kristallzuchtprozesses konstant gehalten werden kann. Dementsprechend hat der resultierende
Einkristall eine verbesserte Gleichmäßigkeit der Kristalleigenschaften, und insbesondere
ist die Konzentration von Dotierstoffen und Verunreinigungen, etwa Wasserstoff und
Kohlenstoff, sehr stabil und homogen.