專利名稱：控制晶體生長裝置的系統(tǒng)及其熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用以生長晶體的裝置，更準(zhǔn)確地說，涉及用于控制從熔化物生長晶體的裝置的熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。
這是基于1987年5月5日提出的美國專利申請(qǐng)第046，991號(hào)的部分繼續(xù)申請(qǐng)，當(dāng)前美國專利號(hào)為4，936，947。
在制造半導(dǎo)體器件中所用的硅片可以源出于具有多邊形截面形狀(例如，空心八邊形或九邊形)的管狀晶體的扁平面。將所述管狀體在它們的棱角處剖開以形成若干基本上等同尺寸的平片。
美國專利第4544528號(hào)所描述類型的裝置已用于按照限定邊緣供片生長工藝(EFG工藝)制造空心晶體。簡略地說，這樣的裝置通常包含一個(gè)用來容納待生長材料(例如，硅)的熔化物的坩堝，一個(gè)用以確定生長晶體的形式和造型的毛細(xì)管模具，用來加熱坩堝和模具并控制模具及熔化物溫度的加熱裝置，用以固定在生長晶體中所用晶種的晶種固定組件，以及一個(gè)耦合到晶種固定組件用來把管狀晶體拔出熔化物的拉晶機(jī)構(gòu)。
為生產(chǎn)一種滿足商業(yè)需要的硅基片，并確保晶體生長過程不會(huì)由于與模具供應(yīng)的熔化物分離、或由于管狀晶體凍結(jié)而過早終止，對(duì)生長體的壁厚加以嚴(yán)密控制是必需的。結(jié)合使用在美國專利第4544528號(hào)中所公開類型的毛細(xì)管模具裝置，眾所周知生長晶體的壁厚隨著在模具頂部和生長晶體底部之間形成的彎月形的尺寸和形狀而變化。應(yīng)用壁厚與彎月形的幾何特征之間的這種關(guān)系，各種結(jié)合光學(xué)系統(tǒng)的裝置，諸如在美國專利第4239583號(hào)、第4267151號(hào)和第4318769號(hào)中所公開的那些裝置已開發(fā)用來控制晶體生長裝置的操作。這些基于光學(xué)的系統(tǒng)包含用于觀察彎月形高度和形狀的光學(xué)組件。應(yīng)用有關(guān)由基于光學(xué)系統(tǒng)獲得的彎月形形狀的信息，操作員可調(diào)整晶體生長裝置的操作以便生產(chǎn)具有所要求壁厚的晶體。
就應(yīng)用這樣的光學(xué)監(jiān)控系統(tǒng)而論存在著某些限制。首先，操作員必須連續(xù)監(jiān)視彎月形的形狀，并根據(jù)他或她所觀察到的來調(diào)整晶體生長裝置的操作。為避免人為誤差、增加晶體生長速率，并降低與使用技術(shù)人員有關(guān)的費(fèi)用，最好是使整個(gè)晶體生長操作自動(dòng)化。第二，用已知的光學(xué)控制系統(tǒng)，整個(gè)彎月形中僅比較小的部分是可觀察的。而該小部分的形狀未必能夠反映出整個(gè)彎月形的總體形狀的特征。
對(duì)于在美國專利第4544528號(hào)中舉例說明的已知類型晶體生長裝置，要生長長度大于約2米的晶體是困難而不實(shí)際的。這種困難部分地是由于需要從生長管狀晶體的內(nèi)部排除空氣、而用象氬氣這樣的惰性氣體充滿其中，部分地是由于在生長晶體的內(nèi)部容積之內(nèi)存在溫差、在其中產(chǎn)生對(duì)流而造成的。
更具體地說，將一種隋性氣體(一般為氬氣)注射進(jìn)生長晶體的內(nèi)部，以便從所述晶體內(nèi)部排除周圍空氣。因?yàn)橄髿鍤膺@樣的惰性氣體比周圍空氣重，在長度大于約2米的晶體中，晶體內(nèi)惰性氣體氣柱達(dá)到充分長度(因而也有足夠的重量)，使得氣柱趨于下沉，由此允許周圍空氣通過其頂端被吸入晶體內(nèi)。
當(dāng)采取措施(例如，包覆晶體頂端)以防止周圍空氣進(jìn)入晶體時(shí)，在晶體內(nèi)產(chǎn)生對(duì)流的有害效應(yīng)顯著增大。當(dāng)包覆管頂端時(shí)，這些對(duì)流在晶體內(nèi)造成壓力波動(dòng)，使得難于控制晶體生長裝置的操作。于是，具有均勻壁厚且長度大于約2米晶體的生長就成為懸而未決的問題。生長晶體所需總時(shí)間的大部分消耗在為生長過程制備晶體生長裝置過程中。因此，為提高加工效率最好生長長度大于約2米的晶體。生長長而空心的晶體(例如，長度大于2米的晶體，除非在晶體生長期間采取在坩堝中再補(bǔ)給熔化物的措施，否則是不可能實(shí)現(xiàn)的。
在美國專利第4544528號(hào)已公開類型的晶體生長裝置中用以再補(bǔ)給熔化物的系統(tǒng)是已知的。由Taylor等人所著題為“用于地面太陽能電池的EFG晶體生長工藝現(xiàn)況”論文(North Holland出版公司，J.Kalejs，T.Surek和V.Tatarchenko編輯，Amsterdam，1987年)中描述了這種系統(tǒng)。所述Taylor等人的系統(tǒng)包括一個(gè)用以測(cè)量生長晶體重量的第一重量換能器，一個(gè)用以存貯源材料固體粒子(例如，硅粒子)的容器，一個(gè)用來有選擇地從所述容器提供源材料粒子給晶體生長裝置中坩堝的配量組件，一個(gè)用以測(cè)量容器中硅粒子重量的第二重量換能器，以及一個(gè)用來綜合第一和第二重量換能器的輸出以便產(chǎn)生一差值信號(hào)的控制器。該控制器將所述差值信號(hào)與預(yù)先設(shè)定點(diǎn)比較，并基于該比較，控制器送出一控制信號(hào)給配量組件以便使后者在一給定時(shí)間間隔內(nèi)分配一選定量的硅粒子到坩堝內(nèi)。
Tayor等人所公開類型的熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)因上述關(guān)于已知晶體生長裝置所述壓力波動(dòng)問題而受損害。準(zhǔn)確地說，生長晶體中的對(duì)流會(huì)瞬息間稍微提升晶體，從而使第一重量換能器(它測(cè)量生長晶體的重量)提供不足以體現(xiàn)晶體正確重量的輸出信號(hào)。由于在產(chǎn)生提供給硅配量組件的控制信號(hào)中使用該輸出信號(hào)，常?？赡馨彦e(cuò)誤的控制信號(hào)提供給配量組件。于是，后者在一給定時(shí)間間隔內(nèi)可能分配過多或過少的硅粒子，這依次會(huì)導(dǎo)致晶體的成品不具有最佳性能，在極個(gè)別的情況下，會(huì)由于不適當(dāng)?shù)娜刍镅a(bǔ)給速率而造成晶體生長的終止。
本發(fā)明的一個(gè)目的是克服前述與已知的用于在生長管狀晶體裝置中對(duì)再補(bǔ)給熔化物的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)控制的控制系統(tǒng)有關(guān)連的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是在用于生長管狀晶體的裝置中提供一種用以控制熔化物再補(bǔ)給的改進(jìn)系統(tǒng)。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是為控制(1)用于生長管狀晶體的裝置、和(2)用于在該裝置中再補(bǔ)給熔化物的機(jī)構(gòu)的操作，提供一種改進(jìn)的控制系統(tǒng)。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是在根據(jù)由有關(guān)晶體重量和晶體內(nèi)部壓力的傳感器提供的信息用于生長管狀晶體的裝置中，為控制用以再補(bǔ)給熔化物的機(jī)構(gòu)的操作提供一種改進(jìn)的控制系統(tǒng)。
本發(fā)明的上述和其他目的通過提供一種晶體生長裝置而得以實(shí)現(xiàn)，所述晶體生長裝置具有補(bǔ)償在生長空心晶體過程中壓力波動(dòng)的控制系統(tǒng)。在其最佳實(shí)施例中，所述控制系統(tǒng)包含一個(gè)用以測(cè)量管狀硅晶體內(nèi)部壓力的壓力傳感器，一個(gè)用以測(cè)量管狀硅晶體和固定晶體的晶種固定組件兩者綜合重量的重量傳感器，一個(gè)用以測(cè)量管狀晶體長度的長度傳感器，一個(gè)連接到壓力和重量傳感器用以計(jì)算管狀晶體實(shí)際重量的實(shí)際重量電路，以及一個(gè)為響應(yīng)由長度傳感器和實(shí)際重量電路所提供信息而耦合的控制器。
將前述控制系統(tǒng)用于控制將粒子形式源材料(例如，硅粒子)供給晶體生長裝置的熔化物承載坩堝的熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)。該熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)包含用來存貯源材料供應(yīng)的容器或儲(chǔ)存裝置，用以從所述容器按精確量配給源材料的電控配量裝置，安排從所述配量裝置接納源材料并將所接納源材料傳送給所述坩堝的送料機(jī)構(gòu)，用以測(cè)量存貯于所述容器中源材料的重量并產(chǎn)生一種表示該重量的信號(hào)的稱重裝置，以及用于將所述稱重裝置的信號(hào)輸出加給所述控制器的裝置。該控制器依次組合實(shí)際重量電路和稱重裝置的信號(hào)輸出，從而產(chǎn)生用以控制配量裝置操作的控制信號(hào)。
取決于其結(jié)構(gòu)，該熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)可按連續(xù)模式或間歇即不連續(xù)模式進(jìn)行操作。當(dāng)所述熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)按連續(xù)模式操作時(shí)，產(chǎn)生包含控制配量器配給硅粒子的速率的供料速率信息的控制信號(hào)。當(dāng)熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)按不連續(xù)模式操作時(shí)，控制信號(hào)按一固定時(shí)間周期間歇地觸發(fā)配量器，由此使后者每次受觸發(fā)時(shí)配給固定量的硅粒子。
另外，可將該控制系統(tǒng)用于控制晶體生長裝置的加熱裝置的操作。通過使用該控制系統(tǒng)的信號(hào)輸出控制加熱裝置的熱量輸出，有可能控制延伸在生長晶體和EFG模具之間的彎月形的形狀，由此(1)控制生長晶體的壁厚和(2)確保連續(xù)生長，使得可以生長比較長的晶體(即，六米或更長)。
為了更充分理解本發(fā)明的特性和目的，應(yīng)該結(jié)合附圖參照以下詳細(xì)的說明，附圖中

圖1是本發(fā)明最佳實(shí)施例的部分取截面形式的示意說明圖，圖2是以晶體的實(shí)際重量為基準(zhǔn)說明本發(fā)明的壓力傳感器和重量傳感器的輸出對(duì)于時(shí)間的曲線圖，圖3是在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中采用的實(shí)際重量電路的電路圖，圖4是在控制預(yù)定用于晶體生長裝置的熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)的操作中，由本發(fā)明的控制系統(tǒng)所使用的一個(gè)程序的軟件流程圖，圖5是在控制預(yù)定用于晶體生長裝置的熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)的操作中由本發(fā)明的控制系統(tǒng)所使用的另一程序的軟件流程圖，圖6是本發(fā)明另一最佳實(shí)施例的部分取截面形式的示意圖，圖7是在控制一晶體生長裝置的操作中，說明由本發(fā)明的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的各種不同操作的軟件流程圖。
參照?qǐng)D1，本發(fā)明包含一個(gè)用以控制(1)在用于生長半導(dǎo)體材料管狀晶體22的裝置20中，用以再補(bǔ)給熔化物的系統(tǒng)18的操作和(2)裝置20的坩堝加熱器的控制系統(tǒng)。
盡管未予詳細(xì)示出，但應(yīng)該很清楚裝置20包含在美國專利第4544528號(hào)、第4239583號(hào)、第4267151號(hào)和第4318769號(hào)中所描述和說明類型的爐。更具體地說，裝置20包含一個(gè)用以容納有待形成結(jié)晶的半導(dǎo)體材料熔化物的坩堝24，一個(gè)用來加熱熔化物的加熱線圈26，以及一個(gè)用于形成晶體22的要求形狀的毛細(xì)管模具28。該毛細(xì)管模具可取各種不同的形式，但最好是圖1所示美國專利第4544528號(hào)中的形式，除了要造形為生長圓形的或所選多邊形、例如九邊形或八邊形的空心晶體。置備一對(duì)固定的平行軌道29和安裝于其上可供滑動(dòng)移動(dòng)的構(gòu)架30，用以從熔化物拉出晶體22。在構(gòu)架30中形成一孔徑32(參見附圖)，并將一連接板34鄰近該孔徑緊固到構(gòu)架上。本技術(shù)領(lǐng)域熟知類型的拉晶機(jī)構(gòu)35支架在坩堝24上方在其軸向頂部固定位置處。并經(jīng)由連接板34和纜索107連接到構(gòu)架30上，用于以基本上恒定速率沿軌道29牽引后者離開坩堝24。連接到構(gòu)架30上的是晶種固定器36。后者用機(jī)械方法耦合到生長晶體22的晶種39(圖1)。
將前述對(duì)裝置20的簡略介紹作為對(duì)以下本發(fā)明的控制系統(tǒng)和熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)18描述的背景。對(duì)于適當(dāng)裝置20一個(gè)實(shí)例的更詳細(xì)描述來說，涉及的是授與Stormont等人的前述美國專利第4544528號(hào)，此處將其結(jié)合作為參考。
仍參照?qǐng)D1，本發(fā)明的控制系統(tǒng)一最佳實(shí)施例包含重量傳感器100、長度傳感器101、壓力傳感器102、實(shí)際重量電路104，以及控制器105。在該最佳實(shí)施例中，構(gòu)造晶種固定器36以便基本上靠壓縮空氣堵塞生長空心晶體的頂端，以便限制從晶體內(nèi)部通過其頂端可能滲出的液體量。晶種固定器36包含一個(gè)通常延展到管狀晶體22中軸的表面37和一根使晶體22內(nèi)部與晶種固定器外部液態(tài)耦合的導(dǎo)管38。
通過構(gòu)造晶種固定器36使得后者和晶種39幾乎完全阻塞晶體22的端頭，如上所述，與用前述美國專利申請(qǐng)第4544529號(hào)中公開的裝置所生長類型的不密封晶體內(nèi)部發(fā)生的壓力波動(dòng)比較，該晶體內(nèi)部壓力波動(dòng)的大小大大地增加。由于重量測(cè)量上的誤差而發(fā)生的這些壓力波動(dòng)啟發(fā)了壓力傳感器102和實(shí)際重量電路104的需要和采用。
借助于一根可軸向伸長的桿106將重量傳感器100固定到連接板34上，并耦合且固定晶種固定器36。重量傳感器100測(cè)量晶體22和包括桿106及晶種39在內(nèi)的晶種固定器36的重量。在連線108上將重量傳感器100的輸出傳送給實(shí)際重量電路104。重量傳感器100可以是一種通用應(yīng)力計(jì)負(fù)載電池。
作為實(shí)例但不是限制，置備一長度傳感器101用以測(cè)量構(gòu)架30相對(duì)于固定坩堝24的位移。長度傳感器101被裝在一個(gè)固定物件上，最好是裝到定位于坩堝24之上的拉晶機(jī)構(gòu)35上。長度傳感器101包含一個(gè)通用卷盤和帶有一根連接到構(gòu)架30的纜索103的纜索長度測(cè)量換能器。隨著拉晶機(jī)構(gòu)35通過纜索107起作用，沿軌道29牽引構(gòu)架30，將纜索103纏繞到卷盤上(未示出)。纏繞在卷盤上的纜索量相當(dāng)于晶體長度，同時(shí)由耦合在卷盤上并響應(yīng)卷盤的旋轉(zhuǎn)的電位計(jì)加以測(cè)量。長度傳感器101電位計(jì)的輸出在線路109上被傳送給控制器105。
置備壓力傳感器102用以測(cè)量對(duì)著晶種固定器表面37向上作用的晶體22內(nèi)部的壓力。壓力傳感器102通過一管路116液態(tài)耦合在晶種固定器36中形成的導(dǎo)管38從而通到晶體22的內(nèi)部。可將壓力傳感器102安裝到連接板34或任何其他適當(dāng)?shù)脑?。壓力傳感?02的輸出在接線118上傳送到實(shí)際重量電路104。最好但并非必需地，壓力傳感器102是一種電容性類型的傳感器，并產(chǎn)生一種供實(shí)際重量電路使用的電信號(hào)。
下面參照?qǐng)D1-3，置備實(shí)際重量電路104用以在晶體生長過程中任何選定時(shí)間間隔連續(xù)產(chǎn)生代表生長晶體22實(shí)際重量的信號(hào)。簡略地說，實(shí)際重量電路104綜合重量傳感器100和壓力傳感器102的輸出，從而產(chǎn)生代表生長硅晶體22、晶種固定器36和晶種39的實(shí)際重量的一種“實(shí)際重量”信號(hào)。然后，從所述實(shí)際重量信號(hào)中減去調(diào)整偏差電壓信號(hào)(下文描述的)以提供表示僅是生長晶體22的“實(shí)際重量”的信號(hào)。
由于晶體之內(nèi)所產(chǎn)生對(duì)著晶種固定器表面37向上作用的液體壓力，所以不能通過重量傳感器100直接測(cè)量生長晶體22的實(shí)際重量。當(dāng)作用在表面37的壓力增強(qiáng)時(shí)，使生長晶體22反抗重力牽引而提升，使表示晶體22重量的重量傳感器100的輸出信號(hào)減弱，如圖2中向下尖峰132A所示。同樣，當(dāng)作用在表面37的壓力減弱時(shí)，重量傳感器100檢測(cè)到晶體22重量的增大，如圖2中向上尖峰132B所示。在重量傳感器100的輸出信號(hào)中的上述變化降低了送給控制器105的控制信息的準(zhǔn)確性。由壓力傳感器102測(cè)得的晶體22內(nèi)部壓力波動(dòng)，與由量量傳感器100所進(jìn)行的重量測(cè)定以相反的關(guān)系變化。通過把重量和壓力傳感器100和102各自的信號(hào)輸出相加，如下文進(jìn)一步詳細(xì)描述的，可由實(shí)際重量電路104產(chǎn)生由圖2中直線133所示代表晶體22實(shí)際重量的“實(shí)際重量”信號(hào)。
下面參照?qǐng)D3，將重量傳感器100的輸出經(jīng)由連接線108接到運(yùn)算放大器134。放大器134由連接線136連接到重量校準(zhǔn)電位計(jì)138。后者被連接到求和放大器146的負(fù)端。電阻148的一端通過連接線152連接到放大器146的正輸入端，而電阻148的另一端則與地相連接。電阻150的一端也經(jīng)由連線152連接到放大器146的正端。電阻150的另一端如下文所述連接到實(shí)際重量電路104的另一部分。放大器146的輸出通過連接線156連接到濾波器158，而后者的輸出則通過連接線160提供給控制器105。將反饋電阻162按求和放大器常規(guī)接法連接在輸出線156與放大器146的負(fù)輸入端之間。
正如本技術(shù)領(lǐng)域所熟知的前述元件134-162都包括在內(nèi)構(gòu)成重量傳感器100的輸出信號(hào)調(diào)節(jié)。將重量校準(zhǔn)電位計(jì)138用于校準(zhǔn)實(shí)際重量電路104的輸出以便適應(yīng)在重量傳感器100靈敏度上的任何變化。
壓力傳感器102的輸出通過連接線118供給運(yùn)算放大器170。后者通過連接線172連接到壓力校準(zhǔn)電位計(jì)174，該電位計(jì)被連接到求和放大器182的負(fù)輸入端。將放大器182的正端與地相連接。通過電阻186把調(diào)整偏差的電壓源192連接到求和放大器182的負(fù)輸入端。調(diào)整偏差電壓源192包含一個(gè)通用電位計(jì)193和一適當(dāng)?shù)碾娢?95。電阻194把電阻186連接到放大器182的輸出端，同時(shí)還經(jīng)由電阻150以求和放大器通用接法連接到放大器146的正輸入端。這樣來選定調(diào)整偏差電壓源192輸出信號(hào)的極性使得在將前者信號(hào)加到重量傳感器100的輸出信號(hào)時(shí)，通過放大器182和關(guān)連的電阻186、194和150，降低后者信號(hào)大小，如下文進(jìn)一步詳細(xì)描述的。放大器182在連接線200上的輸出經(jīng)由連接線202接地，同時(shí)還連接到電阻150的一端。如上所述，電阻150的另一端經(jīng)由連線152連接到放大器146的正端。
從電壓源192中得出的調(diào)整偏差信號(hào)經(jīng)由電阻186與壓力傳感器102的輸出信號(hào)進(jìn)行組合，其合成信號(hào)由放大器182加以放大。放大器182的輸出信號(hào)與重量傳感器100的輸出信號(hào)在求和放大器146中相加。重量校準(zhǔn)電位計(jì)138和壓力校準(zhǔn)電位計(jì)174進(jìn)行調(diào)整，以便分別對(duì)重量傳感器100和壓力傳感器102的輸出信號(hào)定標(biāo)，使得在任何時(shí)間點(diǎn)，在連接線172上壓力信號(hào)的大小同在連接線136上由作用在晶種固定器表面37上的壓力引起的重量信號(hào)部分相等而相反。例如，在一選定的測(cè)量間隔，由放大器134和電位計(jì)138定標(biāo)的重量傳感器100的輸出信號(hào)可能是+1.5V;而由放大器170和182定標(biāo)的壓力傳感器102的輸出信號(hào)可能是-0.5V。通過在放大器146將重量傳感器100和壓力傳感器102的輸出相加，得到輸出信號(hào)的總和，即，+1.0V，該總和表示在所選定測(cè)量間隔晶體22、晶種39和晶種固定器36的實(shí)際重量。
通過放大器182放大的調(diào)整偏壓電壓源192的輸出信號(hào)形成一個(gè)恒定偏壓校正信號(hào)，在加到放大器146時(shí)，該恒定偏壓校正信號(hào)使后者的輸出減少一個(gè)相當(dāng)于晶種39和晶種固定器36重量的量值。結(jié)果，放大器146的輸出信號(hào)就代表晶體22的實(shí)際重量。
連線156上的所述實(shí)際重量信號(hào)通過濾波電路158進(jìn)行處理，該濾波電路衰減重量傳感器內(nèi)產(chǎn)生的電噪聲和機(jī)械振動(dòng)形成的不希望有的分量。然后，將該信號(hào)經(jīng)由連接線160導(dǎo)向控制器105。如下文進(jìn)一步詳細(xì)描述的，控制器105(它可采用多種形式之一，例如，包括一工業(yè)處理數(shù)字微型計(jì)算機(jī))在控制熔化物再補(bǔ)給機(jī)構(gòu)的操作中使用該實(shí)際重量信號(hào)。
繼續(xù)參照?qǐng)D1，熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)18包含一個(gè)用來存貯固體硅粒子的容器302。容器302借助其底壁中一孔(未示出)與導(dǎo)管304連接。導(dǎo)管304沿其整個(gè)長度都是空心的并在兩端開口。
系統(tǒng)18還包含一個(gè)與容器302連接的配量器306，用于在一選定時(shí)間間隔內(nèi)使容器中存貯的選定量硅粒子通過容器底孔進(jìn)入導(dǎo)管304。配量器306可構(gòu)成，例如，振動(dòng)供料機(jī)，氣動(dòng)供料機(jī)或其他已知的供料系統(tǒng)，僅有的要求是要能精確控制在給定時(shí)間間隔內(nèi)由配量器306所配給的粒子量。配量器306經(jīng)連線308與控制制105連接。
眾所周知，振動(dòng)供料機(jī)用于固體粒子(例如，硅粒子)通常按連續(xù)模式運(yùn)行，單位時(shí)間由供料機(jī)配給的粒子量隨提供給它的控制信號(hào)而變化，即，改變振動(dòng)供料機(jī)電控制信號(hào)的振幅以改變其配給粒子的速率。另一方面，振動(dòng)供料機(jī)也可按間歇模式運(yùn)行，每次給它提供預(yù)定值的啟動(dòng)信號(hào)時(shí)，由振動(dòng)供料機(jī)配給固定量的硅粒子。因此，在間歇模式情況下，在選定的時(shí)間間隔內(nèi)由振動(dòng)供料機(jī)配給的硅粒子總量，可取決于在所選定的時(shí)間間隔內(nèi)振動(dòng)供料機(jī)所接收到的啟動(dòng)信號(hào)數(shù)。
為產(chǎn)生表示存貯于容器302中固體硅粒子重量的輸出信號(hào)而設(shè)置電子秤312。由電子秤312支承容器302以及配量器306。電子秤312包括用以調(diào)整其輸出信號(hào)值的調(diào)整裝置(未示出)，因而后者僅表示存貯于容器302中固體硅粒子的重量而不表示容器和配量器306的重量。由電子秤產(chǎn)生的輸出信號(hào)通過連線314傳送給控制器105。
熔化再補(bǔ)給系統(tǒng)18另外還包括一個(gè)用于把固體硅粒子送進(jìn)坩堝24的供料機(jī)構(gòu)320。供料機(jī)構(gòu)320有一中空內(nèi)部322，它經(jīng)由供料機(jī)構(gòu)側(cè)壁中一孔(未示出)與導(dǎo)管304的內(nèi)部相連接。供料機(jī)構(gòu)320放置在容器302下方，因而導(dǎo)管304從容器302向下傾斜通往該供料機(jī)構(gòu)。供料機(jī)構(gòu)320包括一根裝到供料機(jī)構(gòu)頂壁并經(jīng)由供料機(jī)構(gòu)頂壁中一孔(未示出)與供料機(jī)構(gòu)內(nèi)部322接通的空心管324。依一定尺寸制造管324而使供料機(jī)構(gòu)320直接放在坩堝24下面，以便允許該管通過坩堝中心向上延伸并終止在坩堝24中存有的熔化物液面以上。
供料機(jī)構(gòu)320通過管324向上輸送在其內(nèi)部322中存在的固體硅粒子，以致粒子從管頂端放射或噴射出。然后，在重力牽引下，排出的粒子落進(jìn)坩堝24所存有的熔化物中。可將許多不同的設(shè)備用作供料機(jī)構(gòu)320，在美國專利第4，661，324號(hào)中公開過它的示范性實(shí)例(′324供料機(jī))。該′324供料機(jī)每隔一定時(shí)間用機(jī)械方法通過管324向上噴射在其粒子接收容器中存在的硅粒子。也可以令人滿意地使用其他供料機(jī)構(gòu)，只要該機(jī)構(gòu)以與它們從配量器306接收硅粒子的速率一致的速率把硅粒子饋給坩堝24。
現(xiàn)借助于圖1-5，控制器105用提供給它的輸入信號(hào)信息，按照兩上機(jī)器控制軟件程序之一控制熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)18的操作，以便把固體硅粒子以基本上與作為晶體22生長的結(jié)果從坩堝24消耗熔化硅的相同速率傳遞給熔化物。分別由圖4和圖5的流程圖說明的這些軟件程序?yàn)橛蛇@些軟件程序?qū)崿F(xiàn)的操作提供了一個(gè)邏輯輪廓。本文不說明或描述軟件程序的逐行編碼，因?yàn)檫@樣的編碼對(duì)熟練的普通專業(yè)人員是不成問題的，而且將根據(jù)用以執(zhí)行軟件的計(jì)算機(jī)而各異。
圖4所示軟件程序預(yù)定用于控制按連續(xù)模式運(yùn)行、具有硅配量器的熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)。圖5所示軟件程序預(yù)定用于控制按間歇模式運(yùn)行、具有硅配量器的熔化再補(bǔ)給系統(tǒng)。
下面首先描述圖4所示的軟件流程圖，接著對(duì)圖5所示的軟件流程圖作一介紹。
當(dāng)按照?qǐng)D4所示軟件流程圖操作熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)18時(shí)，配量器306最好是一臺(tái)振動(dòng)供料機(jī)，該振動(dòng)供料機(jī)以取決于提供給它的控制信號(hào)中供料速率信息的速率連續(xù)地從容器102配給源材料。用另一種方法，配量器106可以是一臺(tái)氣動(dòng)供料機(jī)，該氣動(dòng)供料機(jī)以取決于提供給它的控制信號(hào)中供料速率信息的速率連續(xù)地從容器302配給源材料。
按照?qǐng)D4所示軟件流程圖中的第一步，啟動(dòng)本發(fā)明的控制系統(tǒng)，以便如步驟400所示開始控制熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)18的操作。同時(shí)，啟動(dòng)裝置20，以便開始生長晶體22。
然后，在步驟401，控制器105發(fā)送一初始控制信號(hào)給配量器306。當(dāng)收到該控制信號(hào)時(shí)，配量器306按某一選定速率從容器302配給源材料(例如，固體硅粒子)。根據(jù)在形成晶體22時(shí)關(guān)于預(yù)定裝置20消耗熔化硅的速率的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選定在該初始控制信號(hào)中的供料速率信息。結(jié)果，在步驟401所提供控制信號(hào)中包含的供料速率信息是不準(zhǔn)確的，于是配量器306以超出或小于裝置20消耗熔化硅速率的速率提供源材料，如下文所述，這樣的不準(zhǔn)確在程序的以后步驟中得以校正。
接著，在步驟402、控制器105通過連線160讀出由實(shí)際重量電路104提供的晶體22的當(dāng)前實(shí)際重量。以上已描述過后者的結(jié)構(gòu)和操作。于是，如步驟403所指出的，將當(dāng)前實(shí)際重量存貯用于下一循環(huán)。
其后，如步驟404所指出的，通過連接線314由控制器105讀出電子秤312的輸出，該輸出表示容器302中源材料(例如，硅粒子)的當(dāng)前重量。然后，在步驟405，將所述源材料的當(dāng)前重量存貯起來用于下一循環(huán)。
步驟402和404是初始化程序的一部分，提供這部分程序是為了保證在如后述及的，在步驟406-420所示軟件程序的第一迭代期間，提供有意義的實(shí)際重量數(shù)據(jù)和進(jìn)給材料重量數(shù)據(jù)，用于產(chǎn)生控制配量器306操作的控制信號(hào)。
緊接著，在步驟306，在某一選定量的晶體生長發(fā)生期間，引入一時(shí)間延遲。實(shí)際上，該時(shí)間延遲等于在為配量器產(chǎn)生控制信號(hào)中所用重量數(shù)據(jù)的相繼讀數(shù)之間的測(cè)量間隔。該間隔下文稱之為“時(shí)間間隔X”或“測(cè)量間隔X”。
于是，在步驟407讀入由實(shí)際重量電路104提供的晶體22當(dāng)前實(shí)際重量。因?yàn)榫w22在步驟306時(shí)間延遲期間發(fā)生晶體生長時(shí)已獲得重量，所以該當(dāng)前實(shí)際重量值將與步驟402讀入的實(shí)際重量值有所差別。如步驟403所指出的，將步驟407讀入的當(dāng)前實(shí)際重量信息存貯起來供下一循環(huán)用。在步驟407讀入并在步驟403存貯的當(dāng)前實(shí)際重量信息，與在步驟402提供、先前已在步驟403存貯的當(dāng)前實(shí)際一起加以存貯。
其后，在步驟408，讀入由電子秤312產(chǎn)生的進(jìn)給材料重量值。因?yàn)樵诓襟E406時(shí)間延遲期間發(fā)生晶體生長時(shí)已消耗某些進(jìn)給材料，所以上述進(jìn)給材料與步驟404所產(chǎn)生的進(jìn)給材料重量會(huì)有所差別。如步驟405所指出的，將步驟408產(chǎn)生的進(jìn)給材料重量信息存貯起來供下一循環(huán)用。在步驟408讀入并在步驟405存貯的進(jìn)給材料重量信息，與在步驟404產(chǎn)生并先前在步驟405已予存貯的進(jìn)給材料重量信息一起加以存貯。
緊接著，在步驟410，計(jì)算在測(cè)量間隔X內(nèi)在晶體22實(shí)際重量上的變化。該推導(dǎo)是用步驟407中讀入的當(dāng)前實(shí)際重量數(shù)據(jù)和自步驟402讀入的先前測(cè)量循環(huán)的實(shí)際重量數(shù)據(jù)完成的。當(dāng)前實(shí)際重量數(shù)據(jù)由實(shí)際重量電路104直接供給，而先前循環(huán)的實(shí)際重量數(shù)據(jù)是如步驟412所示用在步驟403存貯的數(shù)據(jù)而讀入的。因?yàn)榫w22總是在增重，故而在實(shí)際重量計(jì)算上的這種變化將始終都是正的。測(cè)量間隔X最好分布在約10秒與3分鐘之間，測(cè)量間隔X可存貯在控制器105中作為固定設(shè)定點(diǎn)，或可把該間隔在晶體生長操作開始時(shí)引入作為一個(gè)控制變量。
然后，如步驟414所示，計(jì)算在時(shí)間間隔X內(nèi)在容器302中源材料重量的變化。該推導(dǎo)是用在步驟408讀入的當(dāng)前源材料重量數(shù)據(jù)和自步驟404讀入的先前測(cè)量循環(huán)的源材料重量數(shù)據(jù)完成的。當(dāng)前源材料重量數(shù)據(jù)由電子秤312直接供應(yīng)，而來自先前循環(huán)的源材料重量數(shù)據(jù)則是如步驟416所示用在步驟405存貯的數(shù)據(jù)而讀入的。因?yàn)樵谌萜?02中的源材料重量總是在減少，故而在源材料重量上這種變化的結(jié)構(gòu)將始終都是負(fù)的。步驟414中所用的時(shí)間間隔X與步驟410中所用的時(shí)間間隔X是相同的，即，X最好從約10秒至3分鐘進(jìn)行分布。
在步驟418，將在步驟414所計(jì)算的源材料重量上的變化加到在步驟410所計(jì)算的實(shí)際重量的變化中。當(dāng)在時(shí)間間隔X內(nèi)晶體22的重量增益等于在時(shí)間間隔X內(nèi)容器302中源材料的重量損失時(shí)，該計(jì)算結(jié)果將是零。當(dāng)在時(shí)間間隔X內(nèi)晶體22獲得比時(shí)間間隔X內(nèi)容器302中源材料損失更多重量或較少重量時(shí)，在步驟418完成的計(jì)算結(jié)果將有或?yàn)檎驗(yàn)樨?fù)符號(hào)且為非零大小。
緊接著，在步驟420，控制器105發(fā)送一控制信號(hào)給配量器306。該控制信號(hào)包含隨著在步驟418完成的計(jì)算結(jié)果的符號(hào)和大小變化的供料速率信息。如果在步驟418完成的計(jì)算結(jié)果等于零，那么提供給配量器306的控制信號(hào)中所包含的供料速率信息引導(dǎo)后者繼續(xù)按當(dāng)前供料速率分配源材料。如果步驟418完成的計(jì)算結(jié)果有一負(fù)符號(hào)，那么在控制信號(hào)中所包含的供料速率信息引導(dǎo)配量器306以降低的供料速率配給源材料，該降低的供料速率與在步驟418所產(chǎn)生結(jié)果的大小成正比。如果在步驟418完成的計(jì)算結(jié)果有一正符號(hào)，那么在控制信號(hào)中所包含的供料速率信息引導(dǎo)配量器306以增長的供料速率配給源材料，該增長的供料速率與步驟418所產(chǎn)生結(jié)果的大小成正比。
由配量器306從容器302配給的進(jìn)給材料通過導(dǎo)管304向下輸送進(jìn)供料機(jī)構(gòu)320的內(nèi)部322。然后。迫使粒子向上通過空心管324并從管的頂端噴射出。在重力牽引下，噴射的粒子落進(jìn)坩堝24中承載的熔化硅中。
在步驟420以的，程序循環(huán)返回步驟406，并再次引入一個(gè)時(shí)間延遲。
以上為圖4示出軟件流程圖所說明程序的第一迭代的描述。該程序的第二和接著發(fā)生的迭代與第一迭代在幾個(gè)方面有所差別。第一，在第二和接著發(fā)生的迭代期間，在步驟410計(jì)算出的實(shí)際重量方面的變化是根據(jù)在步驟407當(dāng)前產(chǎn)生的實(shí)際重量信息和在步驟407先前產(chǎn)生、在步驟403存貯并在步驟412提供的實(shí)際重量信息計(jì)算的。第二，在第二和接著發(fā)生的迭代期間，在步驟414計(jì)算出的進(jìn)給材料重量方面的變化是根據(jù)(1)在步驟408當(dāng)前產(chǎn)生的進(jìn)給材料重量信息，和(2)在先前軟件迭代期間、在步驟408產(chǎn)生、在步驟405存貯并在步驟416提供的進(jìn)給材料重量信息計(jì)算的。因此，在第二和接著發(fā)生的迭代期間，不使用在步驟402和404產(chǎn)生的信息。
當(dāng)熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)18以間歇模式操作時(shí)，應(yīng)用由圖5流程圖說明的軟件程序，當(dāng)按照?qǐng)D5所示軟件流程圖操作熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)300時(shí)，配量器306最好是一臺(tái)氣動(dòng)供料機(jī)，該氣動(dòng)供料機(jī)當(dāng)接收到來自控制器105的啟動(dòng)信號(hào)時(shí)，從容器302配給某一固定量的源材料。用另一種方法，配量器306可以是一臺(tái)振動(dòng)供料面，該振動(dòng)供料機(jī)當(dāng)接收到來自控制器105的啟動(dòng)信號(hào)時(shí)，從容器302配給某一固定量的源材料。
按照?qǐng)D5所示軟件流程圖中的第一步，啟動(dòng)本發(fā)明的控制系統(tǒng)，以便如步驟400所示，開始控制熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)18的操作。該步驟與圖4示出和以上述及程序的第一步驟是相同的。同時(shí)，啟動(dòng)裝置20，以便從坩堝24中的熔化物開始生長晶體22。
然后，在步驟501，控制器105發(fā)送一初始啟動(dòng)信號(hào)給配量器306。當(dāng)接收到該啟動(dòng)信號(hào)時(shí)，配量器306從容器302配給某一給定量的源材料。該固定量源材料的重量是通過考慮坩堝24中熔化物的容積、將源材料提供給熔化物的方法和其他因素而選定的。在任何情況下，所述固定量源材料的重量是比較小的，因此，該材料量加到裝置20的熔化物中不會(huì)導(dǎo)致熔化物中不能接受的大的熱擾亂。
緊接著，圖5中所示的軟件程序采用用于圖4所示軟件程序的所有步驟402-418。對(duì)于步驟402-418的描述參見前述圖4所示的軟件程序的描述。
然后，跟隨步驟418，如步驟520所指出的，對(duì)在步驟418計(jì)算出的總和是否小于或等于零作出判定。如果在步驟418計(jì)算出的總和不小于或等于零，那么，如在步驟522所示控制器105就通過連線308發(fā)送一啟動(dòng)信號(hào)給配量器306，該信號(hào)啟動(dòng)配量器，使后者從容器302配給某一固定量的源材料進(jìn)入導(dǎo)管304。如果在步驟418計(jì)算出的總和小于或等于零，那么，如在步驟524所示，控制器105就不發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)給配量器306。結(jié)果，無源材料從容器302進(jìn)行配給。
最終，圖5的軟件流程圖以圖4軟件流程圖相同的方式結(jié)束，即，程序循環(huán)返回步驟406并引入一時(shí)間延遲。
在圖6和圖7示出的另一實(shí)施例中，本發(fā)明的控制系統(tǒng)適合于控制熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)18以及裝置20的坩堝加熱器26。
參照?qǐng)D3、6和7，在另一實(shí)施例中，圖6說明的坩堝26和一通用的閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)中作為溫度控制器582可經(jīng)由連線580連接到控制器105?；谶B線580上來自控制器105的輸出信號(hào)，溫度控制器582改變輸入坩堝加熱器26的功率，以便以某一精確的、為確保晶體22基本上具有均勻壁厚而選定的基準(zhǔn)值來保持裝置20中的溫度。
對(duì)該最佳實(shí)施例來說，輸入加熱器26的功率也可用一通用功率控制器(未示出)、即可用正比于一控制信號(hào)而改變輸入加熱器26功率的裝置加以控制。如果用功率控制器來控制加熱器26，則該功率控制器代替溫度控制器582，并按與溫度控制器相同方式，將其連接到控制器105和加熱器26上，功率控制器和溫度控制器582兩者都達(dá)到一相似的結(jié)果它們成為加熱器26熱量輸出的原因，因此使裝置20加熱部分的溫度以控制器105提供的控制信號(hào)作為根據(jù)而變化，以便保證生長晶體22基本上具有均勻的壁厚。
在本發(fā)明該另一實(shí)施例中，控制系統(tǒng)以上述圖1-5示出最佳實(shí)施例有關(guān)方式控制熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)18的操作。因此，該另一實(shí)施例的以下介紹參照以上最佳實(shí)施例的操作模式的介紹敘述。
在本發(fā)明另一實(shí)施例的情況下，拉晶機(jī)構(gòu)35受控以便以恒定速率把晶體22拉出坩堝24。因而，可以只通過調(diào)節(jié)其本身還控制生長區(qū)(即彎月形處)溫度的坩堝加熱器26的輸出來控制晶體從裝置20生長晶體的壁厚?？刂破?05提供用以完成坩堝加熱器26這種調(diào)節(jié)的溫度控制信號(hào)。
控制器105應(yīng)用提供給它的輸入信號(hào)信息，按照機(jī)器控制軟件程序控制坩堝加熱器26的操作。圖7所示的軟件流程圖提供由軟件程序?qū)崿F(xiàn)操作的邏輯輪廓。本文不說明或描述軟件程序的逐行編碼器，因?yàn)檫@樣的編碼對(duì)熟練的普通專業(yè)人員是不成問題的，而且也將根據(jù)用以執(zhí)行軟件的計(jì)算機(jī)而各異。
按照流程圖的第一步，啟動(dòng)本發(fā)明的控制系統(tǒng)，以便如步驟600所示開始控制裝置20的操作。緊接著，如步驟601所示，控制器105讀入晶體22的當(dāng)前長度。長度換能器101通過連線109給控制器105提供上述當(dāng)前長度信息。緊接著，在步驟602，為下一循環(huán)存貯該當(dāng)前長度信息。其后，如步驟603所示，控制器105讀入晶體22的當(dāng)前重量。該當(dāng)前重量信息是由實(shí)際重量電路104產(chǎn)生并通過連線160提供給控制器105。然后，在步驟604，為下一循環(huán)存貯所述當(dāng)前重量信息。
步驟601和603是初始化程序的一部分，提供這部分程序是為了保證在如后述及的，在步驟606-628所示軟件程序的第一迭代期間，提供有意義的當(dāng)前長度數(shù)據(jù)和實(shí)際重量數(shù)據(jù)供產(chǎn)生用以控制坩堝加熱器26操作的控制信號(hào)之用。
然后，在步驟605，在某一選定量的晶體生長出現(xiàn)時(shí)，引入一時(shí)間延遲。該時(shí)間延遲大致等于測(cè)量間隔X，在該測(cè)量間隔內(nèi)，收集用以為坩堝加熱產(chǎn)生控制信號(hào)的數(shù)據(jù)。
于是，在步驟606讀入晶體22的當(dāng)前長度。因?yàn)榫w22在步驟605時(shí)間延遲期間發(fā)生晶體生長時(shí)已獲得長度，所以該當(dāng)前長度信息將與步驟601讀入的長度信息有所差別。如步驟602所指出的，將步驟606讀入的當(dāng)前長度存貯供下一循環(huán)用。在步驟606讀入并在步驟602存貯的當(dāng)前長度信息，與在步驟601提供而先前已在步驟602存貯的當(dāng)前長度信息一起加以存貯。
其后，在步驟608讀入晶體22的當(dāng)前實(shí)際重量。因?yàn)榫w22的重量在步驟605時(shí)間延遲期間發(fā)生晶體生長時(shí)已增大，所以該當(dāng)前實(shí)際重量將與步驟603產(chǎn)生的實(shí)際重量有所差別。如步驟604所指出的，將在步驟608產(chǎn)生的實(shí)際重量信息存貯供下一循環(huán)用。在步驟608讀入并在步驟604存貯的上述實(shí)際重量信息，與在步驟603產(chǎn)生而先前在步驟604已予存貯的實(shí)際重量信息一起加以存貯。
其后，如步驟612所示，計(jì)算在測(cè)量間隔X范圍內(nèi)晶體22長度方面的變化。該推導(dǎo)是用步驟606中讀入的當(dāng)前長度數(shù)據(jù)和來自在步驟601讀入的先前測(cè)量循環(huán)的長度完成的。當(dāng)前長度數(shù)據(jù)由長度換能器101直接供給，而先前循環(huán)的長度數(shù)據(jù)是如步驟614所示，用在步驟602存貯的數(shù)據(jù)而讀入的。測(cè)量間隔X最好分布在約30秒與3分鐘之間?？蓪y(cè)量間隔X存貯在控制器105中作為固定的設(shè)定點(diǎn)，或可把該間隔在晶體生長操作的開始引入作為一個(gè)控制變量。
然后，如步驟616所示，計(jì)算在測(cè)量間隔X內(nèi)晶體22重量的變化。該推導(dǎo)是用在步驟608讀入的當(dāng)前重量數(shù)據(jù)和來自在步驟603讀入的先前測(cè)量循環(huán)的重量數(shù)據(jù)完成的。當(dāng)前重量數(shù)據(jù)由實(shí)際重量電路104直接提供，而先前循環(huán)重量數(shù)據(jù)則如步驟618所示用在步驟604存貯的數(shù)據(jù)而讀入。步驟616中所用的測(cè)量間隔X與步驟612中所用的測(cè)量間隔X是相同的，即，X最好從約30秒至3分鐘進(jìn)行分布。
于是，在步驟620，通過把常數(shù)K乘以在步驟616中計(jì)算出的晶體重量的變化，然后用在步驟612計(jì)算出的晶體22長度的變化除以上述乘積來計(jì)算晶體22的實(shí)際壁厚。正如熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員所公認(rèn)的，K是在材料密度、生長晶體的環(huán)境以及長度傳感器100和實(shí)際重量電路104的輸出信號(hào)大小等基礎(chǔ)上選定的壁厚轉(zhuǎn)換常數(shù)。
然后，如步驟622所示，從存儲(chǔ)器讀出要求的壁厚信息。其后，在步驟624，將在步驟620計(jì)算出的實(shí)際壁厚與在步驟622讀入的要求壁厚比較，以決定實(shí)際壁厚是否大于或等于要求的壁厚。假如實(shí)際壁厚是大于或等于要求的壁厚，流程圖進(jìn)行到步驟626，在那里控制器105產(chǎn)生由連線580提供給坩堝加熱器26的一個(gè)溫度增大信號(hào)。一旦接收到該增大信號(hào)，坩堝加熱器26即進(jìn)行操作以便升高熔化物的溫度，這依次將導(dǎo)致晶體22的壁厚減小。假如實(shí)際壁厚不大于或等于要求的壁厚，流程圖進(jìn)到步驟628，在那里控制器產(chǎn)生由連線580提供給坩堝加熱26的一個(gè)溫度降低信號(hào)。當(dāng)接收到該降低信號(hào)時(shí)，坩堝加熱26即進(jìn)行操作以便允許熔化物的溫度降低，這依次將導(dǎo)致晶體22的壁厚增大。
在步驟626或628之后，視情況而定，程序循環(huán)返回步驟605并引入另一時(shí)間延遲。
以上為圖7示出軟件流程圖所說明程序的第一迭代描述。該程序的第二和接著發(fā)生的迭代與第一迭代在幾個(gè)方面有所差別。第一，在第二和接著發(fā)生的迭代期間，在步驟612計(jì)算出的長度變化是根據(jù)在步驟606當(dāng)前產(chǎn)生的長度信息和當(dāng)先前的軟件迭代期間在步驟606產(chǎn)生、在步驟602存貯并在步驟614提供的長度信息計(jì)算的。第二，在第二和接著發(fā)生的迭代期間，在步驟616計(jì)算出的當(dāng)前重量變化是根據(jù)在步驟608當(dāng)前產(chǎn)生的實(shí)際重量信息和在先前的軟件迭代期間在步驟608產(chǎn)生、在步驟604存貯并在步驟618提供的實(shí)際重量信息計(jì)算的，因此，在第二和接著發(fā)生的迭代期間，不使用在步驟601和603產(chǎn)生的信息。
當(dāng)將由Taylor等人公開的熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)連接到在美國專利第4544528號(hào)中所描述類型的晶體生長裝置(該裝置已加修改、因此，晶種固定器基本上用氣動(dòng)堵塞住生長空心晶體的頂端)上時(shí)，在極大多數(shù)情況下要把固體硅按熔化硅正被消耗的同樣速率加到熔化物中幾乎是不可能的。由于用以測(cè)量生長晶體重量的傳感器產(chǎn)生的錯(cuò)誤重量信息，所以這樣的熔化物再補(bǔ)給是成問題的。如上所述，這樣的錯(cuò)誤信息是由于生長晶體內(nèi)壓力波動(dòng)而造成的。既然由重量傳感器產(chǎn)生的重量信息是用于計(jì)算由配量器306每單位時(shí)間配給固體硅的量值的，那么當(dāng)該重量信息不準(zhǔn)確時(shí)，送進(jìn)熔化物內(nèi)的硅量也將不是合乎要求的。象這樣，可能加進(jìn)比需要更多或更少的硅，結(jié)果在熔化物中形成不能接受的大的熱偏差。眾所周知，熱偏差會(huì)導(dǎo)致比最佳物理和電特性差的晶體成品，在極個(gè)別的情況下，可引起晶體生長過程的終止。
作為對(duì)比，在本發(fā)明的情況下，以從熔化物消耗熔化硅相同速率將硅粒子送進(jìn)坩堝24。象這樣，使熱擾亂的形成減為最小，結(jié)果使晶體的物理和電特性得到優(yōu)化。
除控制熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)18之外，圖6和圖7示出的本發(fā)明另一實(shí)施例還適于控制已知晶體生長裝置20的操作，且比一般用已知控制系統(tǒng)可得到的具有更大的準(zhǔn)確性。通過精確地控制已知晶體生長裝置的操作，獲得若干重要的優(yōu)點(diǎn)。第一，大大降低生長晶體和模具分離或凍結(jié)的次數(shù)。第二，更準(zhǔn)確地控制管狀晶體的壁厚。第三，可使用由本發(fā)明控制、并為了基本上氣動(dòng)密封住生長晶體的頂端而經(jīng)修改的已知晶體生長裝置，以相對(duì)恒定壁厚生長高達(dá)6米或更長長度的晶體22。由于相對(duì)于晶體生長的長度裝置中啟動(dòng)時(shí)間縮短，因此，由長晶體(例如，6米長晶體)生產(chǎn)的硅片的材料成本顯著小于用已知晶體生長裝置生長的比較短晶體生產(chǎn)硅片的材料成本。
盡管圖6和圖7示出的本發(fā)明另一實(shí)施例預(yù)定可變化坩堝的加熱，以便控制壁厚(拉晶速度基本保持恒定)，但本發(fā)明也可設(shè)計(jì)成使加熱或溫度保持恒定而拉晶速度加以變化以控制壁厚。另一方面，也可使加熱和拉晶速度兩者都變化，以便生產(chǎn)具有基本均勻壁厚的晶體。
本發(fā)明的主要和有利特征是控制熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)，以便在基本恒定尺寸和壁厚的管狀晶體生長期間，使坩堝中熔化物的長度可保持在預(yù)定限度之內(nèi)。
由于在不違背本發(fā)明范圍的情況下可作出某些變化，所以要注意在以上說明中所包含或在附圖中所示出的全部內(nèi)容應(yīng)當(dāng)解釋為舉例說明而非限制意義。
權(quán)利要求
1.一種用以在生長選定材料的管狀晶體的裝置中控制再補(bǔ)給熔化物的熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)，所述裝置包含一個(gè)用以容納所述選定材料的熔化物的坩堝，用來對(duì)所述坩堝加熱的加熱裝置，用以從所述熔化物生長管狀晶體的生長裝置，所述生長裝置包含(1)用于固定在其上生長所述管狀晶體的晶種的晶種固定裝置和(2)用以從所述坩堝拉出所述晶種固定裝置和所述管狀晶體的拉晶裝置，所述熔化的再補(bǔ)給系統(tǒng)包含一個(gè)用以存貯所述選定材料固體粒子的容器，與容器連接，用于響應(yīng)控制信號(hào)從所述容器輸送某一選定量的所述選定材料粒子給所述坩堝的配量器裝置，用于產(chǎn)生一輸出信號(hào)的重量值產(chǎn)生裝置，該輸出信號(hào)代表存貯在所述容器中的一堆所述選定材料粒子的重量。用于產(chǎn)生一輸出信號(hào)的重量傳感器裝置，該輸出信號(hào)代表所述生長管狀晶體、所述晶種和所述晶種固定裝置的重量，用于產(chǎn)生一輸出信號(hào)的壓力傳感器裝置，該輸出信號(hào)代表所述晶體內(nèi)部壓力，以及與所述重量值產(chǎn)生裝置、所述重量傳感器裝置、所述壓力傳感器裝置和所述配量器裝置連接、響應(yīng)所述重量值產(chǎn)生裝置、所述重量傳感器裝置和所述壓力傳感器裝置的輸出信號(hào)控制所述熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)的操作，以便在所述管狀晶體的生長期間保證在所述坩堝中熔化的水平保持在預(yù)定限度之內(nèi)的控制裝置。
2.按照權(quán)利要求1的一種系統(tǒng)，其特征在于所述控制裝置根據(jù)所述重量值產(chǎn)生裝置、所述重量傳感器裝置和所述壓力傳感器裝置的輸出信號(hào)產(chǎn)生所述控制信號(hào)。
3.按照權(quán)利要求1的一種系統(tǒng)，其特征在于所述控制裝置包含用以計(jì)算所述管狀晶體的實(shí)際重量并用以產(chǎn)生一經(jīng)校正的輸出信號(hào)的裝置，該輸出信號(hào)代表所述管狀晶體的實(shí)際重量，其特征還在于所述控制裝置響應(yīng)所述重量值產(chǎn)生裝置的輸出信號(hào)和所述經(jīng)校正的輸出信號(hào)產(chǎn)生所述控制信號(hào)。
4.按照權(quán)利要求3的一種系統(tǒng)，其特征在于所述計(jì)算裝置包含用于綜合所述重量傳感器裝置和所述壓力傳感器裝置的輸出信號(hào)以便產(chǎn)生一合成信號(hào)的裝置，該合成信號(hào)代表所述管狀晶體和所述晶種固定裝置的實(shí)際重量。用以產(chǎn)生一調(diào)整偏差輸出信號(hào)的裝置，該調(diào)整偏差輸出信號(hào)代表所述晶種固定裝置的實(shí)際重量，以及用以綜合所述合成信號(hào)和所述調(diào)整偏差輸出信號(hào)以便產(chǎn)生所述經(jīng)校正輸出信號(hào)的裝置，該經(jīng)校正輸出信號(hào)代表所述管狀晶體的實(shí)際重量。
5.按照權(quán)利要求3的一種系統(tǒng)，其特征在于所述控制裝置包含(a)用以計(jì)算在某一選定時(shí)間間隔X內(nèi)存貯于所述容器中的所述粒子重量作為在所述選定時(shí)間間隔X內(nèi)由所述重量值產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的所述輸出信號(hào)變化的函數(shù)的變化的裝置，(b)用以計(jì)算在某一選定時(shí)間間隔X內(nèi)所述管狀晶體重量作為在所述選定時(shí)間間隔X內(nèi)所述經(jīng)校正輸出信號(hào)變化的函數(shù)的變化的裝置，以及(c)用以將所述硅粒子重量的所述變化與所述管狀晶體重量的所述變化相加、以便產(chǎn)生在重量值上的總變化的裝置。
6.按照權(quán)利要求5的一種系統(tǒng)，其特征在于設(shè)定所述配量器裝置當(dāng)接收到所述控制信號(hào)時(shí)從所述容器輸送某一固定量的硅粒子給所述坩堝，所述控制器包含用于將重量值上的所述總變化與零值進(jìn)行比較、并僅在重量值上的所述總變化大于所述零值時(shí)把所述控制信號(hào)提供給所述配量裝置的裝置。
7.按照權(quán)利要求5的一種系統(tǒng)，其特征在于在所述選定時(shí)間間隔X內(nèi)由所述配量裝置從所述容器傳輸給所述坩堝的所述選定量的硅粒子作為在所述控制信號(hào)中包含的供料速率信息的函數(shù)而變化，還在于所述控制裝置產(chǎn)生所述控制信號(hào)，使得它包含作為在重量值上所述總變化的符號(hào)和大小的函數(shù)而變化的供料速率信息。
8.一種用以在生長選定材料的管狀晶體的裝置中控制再補(bǔ)給熔化物的熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)，所述裝置包含一個(gè)用以容納所述選定材料的熔化物的坩堝，用來對(duì)所述坩堝加熱的加熱裝置，用以從所述熔化物生長管狀晶體的生長裝置，所述生長裝置包含(1)用以固定其上生長所述管狀晶體的晶種的晶種固定裝置和(2)用以從所述坩堝拉出所述晶種固定裝置和所述管狀晶體的拉晶裝置;所述熔化的再補(bǔ)給系統(tǒng)包含一個(gè)用以存貯固體硅粒子的容器，與容器連接，響應(yīng)控制信號(hào)在某一選定時(shí)間間隔內(nèi)從所述容器輸送某一選定量的所述選定材料粒子給所述坩堝的配量器裝置，用于產(chǎn)生一輸出信號(hào)的重量值產(chǎn)生裝置，該輸出信號(hào)代表存貯在所述容器中的一堆所述選定材料粒子的重量。用于產(chǎn)生一輸出信號(hào)的重量傳感器裝置，該輸出信號(hào)代表所述生長管狀晶體、所述晶種和所述晶種固定裝置的重量，用于產(chǎn)生一輸出信號(hào)的壓力傳感器裝置，該輸出信號(hào)代表所述晶體內(nèi)部壓力，以及與所述重量值產(chǎn)生裝置、所述重量傳感器裝置、所述壓力傳感器裝置和所述配量器裝置連接、響應(yīng)所述重量值產(chǎn)生裝置、所述重量傳感器裝置和所述壓力傳感器裝置的輸出信號(hào)控制所述配量器裝置的操作，以便保證所述坩堝中所述選定材料量將適于維持所述管狀晶體的連續(xù)生長。
9.按照權(quán)利要求8的熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)，它還包括(a)用以計(jì)算所述管狀晶體的實(shí)際重量并用以產(chǎn)生一經(jīng)校正的輸出信號(hào)的裝置，該輸出信號(hào)代表所述管狀晶體的實(shí)際重量，其特征還在于所述控制裝置響應(yīng)所述重量值產(chǎn)生裝置的輸出信號(hào)和所述經(jīng)校正的輸出信號(hào)產(chǎn)生用以控制所述配量器裝置操作的所述控制信號(hào)。所述用于計(jì)算的裝置包含(ⅰ)用于綜合所述重量傳感器裝置和所述壓力傳感器裝置的輸出信號(hào)以便產(chǎn)生一合成信號(hào)的裝置，該合成信號(hào)代表所述管狀晶體和所述晶種固定裝置的實(shí)際重量。(ⅱ)用以產(chǎn)生一調(diào)整偏差輸出信號(hào)的裝置，該調(diào)整偏差輸出信號(hào)代表所述晶種固定裝置的實(shí)際重量，以及(ⅲ)用以綜合所述合成信號(hào)和所述調(diào)整偏差輸出信號(hào)以便產(chǎn)生所述經(jīng)校正輸出信號(hào)的裝置，該經(jīng)校正輸出信號(hào)代表所述管狀晶體的實(shí)際重量。(b)用以計(jì)算在某一選定時(shí)間間隔X內(nèi)存貯于所述容器中的所述粒子重量作為在所述選定時(shí)間間隔X內(nèi)由所述重量值產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的所述輸出信號(hào)變化的函數(shù)的變化的裝置，(c)用以計(jì)算在某一選定時(shí)間間隔X內(nèi)所述管狀晶體重量作為在所述選定時(shí)間間隔X內(nèi)所述經(jīng)校正輸出信號(hào)變化的函數(shù)的變化的裝置，以及(d)用以將所述硅粒子重量的所述變化與所述管狀晶體重量的所述變化相加、以便產(chǎn)生在重量值上的總變化的裝置。
10.一種控制熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)的操作的方法，該熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)用于在包括一個(gè)用以容納某一選定材料的熔化物的坩堝、用來對(duì)所述坩堝加熱的加熱裝置、用以從所述熔化物生長管狀晶體的生長裝置的類型的晶體生長裝置中再補(bǔ)給熔化物，所述生長裝置包含(1)在所述坩堝中與所述熔化物相通用以控制所述管狀晶體形狀的成形裝置，(2)用以固定所述管狀晶體生長于其上的晶種的晶種固定裝置和(3)用以把所述管狀晶體、所述晶種和所述晶種固定裝置從所述成型裝置拉出的拉晶裝置，該熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)包含一個(gè)用于存貯所述選定材料固體粒子的容器和當(dāng)接收到一啟動(dòng)信號(hào)時(shí)用以把某一固定量的所述粒子從所述容器輸送給所述坩堝中所述熔化物的配量裝置，該方法包含操縱所述裝置，以便從所述熔化物當(dāng)中開始生長所述管狀晶體，測(cè)量所述管狀晶體的重量，測(cè)量所述管狀晶體內(nèi)部壓力，根據(jù)測(cè)定的所述晶體重量和測(cè)定的所述晶體內(nèi)部壓力計(jì)算所述管狀晶體的實(shí)際重量并提供在實(shí)際重量值上的變化，該變化代表在某一時(shí)間間隔X內(nèi)所述管狀晶體實(shí)際重量的變化，測(cè)量所述熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)的所述容器中存貯的固體硅粒子的重量并提供在粒子重量值上的變化，該變化代表在某一時(shí)間間隔X內(nèi)存貯于所述容器中的所述硅粒子重量的變化，把在實(shí)際重量值上的所述變化加到在粒子重量值上的所述變化中，以便產(chǎn)生一合成值，將所述合成值與零值進(jìn)行比較，產(chǎn)生一啟動(dòng)信號(hào)，并僅在所述合成值大于所述零值時(shí)把所述啟動(dòng)信號(hào)提供給所述配量裝置，以及操縱所述配量裝置，以便當(dāng)接收到所述啟動(dòng)信號(hào)時(shí)輸送所述固定量的硅粒子。
11.一種控制熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)的操作的方法，該熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)用于在包括一個(gè)用以容納某一選定材料的熔化物的坩堝、用來對(duì)所述坩堝加熱的加熱裝置、用以從所述熔化物生長管狀晶體的生長裝置的類型的晶體生長裝置中再補(bǔ)給熔化物，所述生長裝置包含(1)在所述坩堝中與所述熔化物相通用以控制所述管狀晶體形狀的成形裝置，(2)用以固定所述管狀晶體生長于其上的晶種的晶種固定裝置和(3)用以把所述管狀晶體、所述晶種和所述晶種固定裝置從所述成型裝置拉出的拉晶裝置，該熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)包含一個(gè)用于存貯所述選定材料固體粒子的容器和當(dāng)接收到一控制信號(hào)時(shí)，用以在某一選定的時(shí)間間隔內(nèi)把某一選定量的所述硅粒子從所述容器輸送給所述坩堝中所述熔化物的配量裝置，該方法包含操縱所述裝置，以便從所述熔化物當(dāng)中開始生長所述管狀晶體，測(cè)量所述管狀晶體的重量，測(cè)量所述管狀晶體內(nèi)部壓力，根據(jù)測(cè)定的所述晶體重量和測(cè)定的所述晶體內(nèi)部壓力計(jì)算所述管狀晶體的實(shí)際重量并提供在實(shí)際重量值上的變化，該變化代表在某一時(shí)間間隔X內(nèi)所述管狀晶體實(shí)際重量的變化，測(cè)量所述熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)的所述容器中存貯的固體硅粒子的重量并提供在粒子重量值上的變化，該變化代表在某一時(shí)間間隔X內(nèi)存貯于所述容器中的所述硅粒子重量的變化，把在實(shí)際重量值上的所述變化加到在粒子重量值上的所述變化中，以便產(chǎn)生一合成值，產(chǎn)生包含作為所述合成值的符號(hào)和大小的函數(shù)而變化的供料速率信息的控制信號(hào)，操縱所述配量裝置，使得在所述選定時(shí)間間隔內(nèi)由所述配量器裝置輸送的所述選定量的硅粒子作為在所述控制信號(hào)中所述供料速率信息的函數(shù)而變化。
12.用于控制(a)用于生長選定材料管狀晶體的裝置和(b)用于在所述裝置中再補(bǔ)給熔化物的熔化物再補(bǔ)給設(shè)備的操作的控制系統(tǒng)，所述裝置包含一個(gè)用以容納所述選定材料的熔化物的坩堝，用來對(duì)所述坩堝加熱的加熱裝置，用以從所述熔化物生長管狀晶體的生長裝置，所述生長裝置包含(1)用以固定在其上生長所述管狀晶體的晶種的晶種固定裝置和(2)用以從所述坩堝拉出所述管狀晶體和所述晶種固定裝置的拉晶裝置，所述熔化的再補(bǔ)給設(shè)備包含一個(gè)用以存貯固體硅粒子的容器和與所述容器連接的配量裝置，該裝置當(dāng)接收到一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)時(shí)用以在某一選定的時(shí)間間隔把某一選定量的所述選定材料粒子從容器輸送給坩堝，所述控制系統(tǒng)包含用以產(chǎn)生一輸出信號(hào)的重量值產(chǎn)生裝置，該輸出信號(hào)代表固體硅粒子的重量，用以產(chǎn)生一輸出信號(hào)的長度傳感器裝置，該輸出信號(hào)代表所述生長管狀晶體的長度，用于產(chǎn)生一輸出信號(hào)的重量傳感器裝置，該輸出信號(hào)代表所述生長管狀晶體、所述晶種和所述晶種固定裝置的重量，用于產(chǎn)生一輸出信號(hào)的壓力傳感器裝置，該輸出信號(hào)代表所述晶體內(nèi)部壓力，以及與所述重量值產(chǎn)生裝置、所述長度傳感器裝置、所述重量傳感器裝置、所述壓力傳感器裝置、所述坩堝加熱裝置和所述配量裝置連接、響應(yīng)所述重量值產(chǎn)生裝置、所述長度傳感器裝置、所述重量傳感器裝置和所述壓力傳感器裝置的輸出信號(hào)控制所述晶體生成裝置和所述熔化物再補(bǔ)給設(shè)備的操作，以便保證(a)所述生長晶體具有基本均勻的壁厚和(b)輸送給所述坩堝的所述選定量的硅粒子將維持連續(xù)的晶體生長且不會(huì)在熔化物中導(dǎo)致不能接受的大熱偏差。
13.按照權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其特征在于所述控制裝置包含用以計(jì)算所述管狀晶體的實(shí)際重量的裝置，所述計(jì)算裝置包含用以綜合所述重量傳感器裝置和所述壓力傳感器裝置的輸出信號(hào)以便產(chǎn)生一合成信號(hào)的裝置，該合成信號(hào)代表所述管狀晶體和所述晶種固定裝置的實(shí)際重量。用以產(chǎn)生一調(diào)整偏差輸出信號(hào)的裝置，該調(diào)整偏差輸出信號(hào)代表所述晶種固定裝置的實(shí)際重量，以及用以綜合所述合成信號(hào)和所述調(diào)整偏差輸出信號(hào)以便產(chǎn)生所述經(jīng)校正輸出信號(hào)的裝置，該經(jīng)校正輸出信號(hào)代表所述管狀晶體的實(shí)際重量。
14.按照權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其特征在于所述控制裝置包含用以計(jì)算所述管狀晶體在任何選定測(cè)量間隔的實(shí)際壁厚的裝置，所述控制裝置包含用以提供一希望壁厚值的裝置，以及用于將所述希望壁厚值與所述實(shí)際壁厚進(jìn)行比較、并(1)當(dāng)所述希望壁厚值小于所述實(shí)際壁厚時(shí)，把第一信號(hào)加給所述加熱裝置和(2)當(dāng)所述希望壁厚值大于或等于所述實(shí)際壁厚時(shí)，把第二信號(hào)加給所述加熱裝置的裝置。
15.按照權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其特征在于所述控制裝置包含(a)用以計(jì)算在某一選定時(shí)間間隔X內(nèi)存貯于所述容器中硅粒子重量作為在所述選定時(shí)間間隔X內(nèi)由所述稱重裝置產(chǎn)生的所述輸出信號(hào)變化的函數(shù)的變化的裝置，(b)用以計(jì)算在某一選定時(shí)間間隔X內(nèi)所述管狀晶體重量作為在所述選定時(shí)間間隔X內(nèi)所述經(jīng)校正輸出信號(hào)變化的函數(shù)的變化的裝置，以及(c)用以將所述硅粒子重量的所述變化與所述管狀晶體重量的所述變化相加、以便產(chǎn)生在重量值上的總變化的裝置。
16.按照權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其特征在于所述控制器包含用于將重量值上的所述總變化與零值進(jìn)行比較、并僅在重量值上的所述總變化大于所述零值時(shí)把所述控制信號(hào)提供給所述配量裝置的裝置。
17.用于生長一選定材料管狀晶體的裝置，它包含一個(gè)用以容納熔化物的坩堝，用以對(duì)所述坩堝加熱的裝置，用以從所述熔化物形成管狀晶體的裝置，其包含(1)用以固定一個(gè)由其生長所述管狀晶體的晶種并用以基本氣動(dòng)阻塞所述管狀晶體頂端的晶種固定裝置和(2)用以把所述管狀晶體，所述晶種和所述晶種固定器從所述坩堝拉出的拉晶裝置，一個(gè)用以存貯所述選定材料固體粒子的容器，當(dāng)接收到一啟動(dòng)信號(hào)時(shí)，用以在某一選定的時(shí)間間隔內(nèi)把存貯于所述容器中某一選定量的所述粒子從所述容器輸送給所述坩堝中熔化物的配量裝置，耦合到所述成形裝置、用以提供表示所述生長管狀晶體長度的輸出信號(hào)的長度測(cè)量裝置，耦合到所述成形裝置，用以提供一輸出信號(hào)的壓力測(cè)量裝置，該輸出信號(hào)表示對(duì)著所述晶種固定器向上作用的所述生長管狀晶體的內(nèi)部壓力，耦合到所述成形裝置用以提供表示所述生長管狀晶體重量的輸出信號(hào)的重量測(cè)量裝置，耦合到所述容器用以提供一輸出信號(hào)的重量值產(chǎn)生裝置，該輸出信號(hào)表示貯存于所述容器中所述硅粒子的重量，耦合到(1)所述長度測(cè)量裝置、(2)所述壓力測(cè)量裝置、(3)所述重量測(cè)量裝置、(4)所述重量值產(chǎn)生裝置、(5)所述配量裝置和(6)所述加熱裝置，根據(jù)所述長度測(cè)量裝置、所述壓力測(cè)量裝置、所述重量測(cè)量裝置和所述重量值產(chǎn)生裝置的輸出信號(hào)控制所述配量裝置和所述加熱裝置的操作，以便保證(a)所述晶體有基本均勻的壁厚和(b)傳輸給所述熔化物的所述選定量的硅粒子將適于維持所述管狀晶體連續(xù)生長的控制裝置。
18.用于控制在一生長某一選定材料管狀晶體的裝置中用以再補(bǔ)給熔化物的機(jī)構(gòu)的操作的控制系統(tǒng)，該裝置包含一個(gè)用以容納硅熔化物的坩堝，該機(jī)構(gòu)包含一個(gè)用以存貯所述選定材料固體粒子的容器和響應(yīng)控制信號(hào)在某一選定的時(shí)間間隔內(nèi)把存貯于所述容器的某一選定量的所述粒子從所述容器輸送給所述坩堝中熔化物的配量裝置，該控制系統(tǒng)包含耦合到所述成形裝置、用以提供一輸出信號(hào)的壓力測(cè)量裝置，該輸出信號(hào)表示對(duì)著所述晶種固定器向上作用的所述生長管狀晶體的內(nèi)部壓力，耦合到所述成形裝置用以提供表示所述生長管狀晶體重量的輸出信號(hào)的重量測(cè)量裝置，耦合到所述容器用以提供一輸出信號(hào)的稱重裝置，該輸出信號(hào)表示貯存于所述容器中所述硅粒子的重量，耦合到(1)所述壓力測(cè)量裝置、(2)所述重量測(cè)量裝置、(3)所述稱重測(cè)量裝置、(4)所述配量裝置，根據(jù)所述壓力測(cè)量裝置、所述重量測(cè)量裝置和所述稱重裝置的輸出信號(hào)控制所述配量裝置的操作，以便保證在所述管狀晶體生長期間，輸送到所述熔化物的所述選定量的所述粒子將確保所述坩堝中熔化物的水平保持在預(yù)定限度之內(nèi)。
19.一種控制熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)的操作的方法，該熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)用于在包括一個(gè)用以容納某一選定材料的熔化物的坩堝、用來對(duì)所述坩堝加熱的加熱裝置、用以從所述熔化物生長管狀晶體的生長裝置的類型的晶體生長裝置中再補(bǔ)給熔化物，所述生長裝置包含(1)在所述坩堝中與所述熔化物相通用以控制所述管狀晶體形狀的成形裝置，(2)用以固定所述管狀晶體生長于其上的晶種的晶種固定裝置和(3)用以把所述管狀晶體、所述晶種和所述晶種固定裝置從所述成型裝置拉出的拉晶裝置，該熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)包含一個(gè)用于存貯所述選定材料固體粒子的容器和當(dāng)接收到一啟動(dòng)信號(hào)時(shí)，用以把某一固定量的所述粒子從所述容器輸送給所述坩堝中所述熔化物的配量裝置，該方法包含操縱所述裝置，以便從所述熔化物當(dāng)中開始生長所述管狀晶體，測(cè)量所述管狀晶體的重量，測(cè)量所述管狀晶體內(nèi)部壓力，根據(jù)測(cè)定的所述晶體重量和測(cè)定的所述晶體內(nèi)部壓力計(jì)算所述管狀晶體的實(shí)際重量并提供在實(shí)際重量值上的變化，該變化足以代表在某一時(shí)間間隔X內(nèi)所述管狀晶體在實(shí)際重量上的變化，測(cè)量所述熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)的所述容器中存貯的固體硅粒子的重量并提供粒子重量信號(hào)的變化，該變化代表在某一時(shí)間間隔X內(nèi)存貯于所述容器中的所述硅粒子重量的變化，把實(shí)際重量信號(hào)的所述變化加到在粒子重量值上的所述變化中，以便產(chǎn)生一合成值，將所述合成值與零信號(hào)進(jìn)行比較，產(chǎn)生一啟動(dòng)信號(hào)，并僅在所述合成值大于所述零信號(hào)時(shí)把所述啟動(dòng)信號(hào)提供給所述配量裝置，以及操縱所述配量裝置，以便當(dāng)接收到所述啟動(dòng)信號(hào)時(shí)輸送所述固定量的硅粒子。
20.一種控制熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)的操作的方法，該熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)用于在包括一個(gè)用以容納某一選定材料的熔化物的坩堝、用來對(duì)所述坩堝加熱的加熱裝置、用以從所述熔化物生長管狀晶體的生長裝置的類型的晶體生長裝置中再補(bǔ)給熔化物，所述生長裝置包含(1)在所述坩堝中與所述熔化物相通用以控制所述管狀晶體形狀的成形裝置，(2)用以固定所述管狀晶體生長于其上的晶種的晶種固定裝置和(3)用以把所述管狀晶體、所述晶種和所述晶種固定裝置從所述成型裝置拉出的拉晶裝置，該熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)包含一個(gè)用于存貯所述選定材料固體粒子的容器和當(dāng)接收到一控制信號(hào)時(shí)，用以在某一選定時(shí)間間隔內(nèi)把某一固定量的所述硅粒子從所述容器輸送給所述坩堝中所述熔化物的配量裝置，該方法包含操縱所述裝置，以便從所述熔化物當(dāng)中開始生長所述管狀晶體，測(cè)量所述管狀晶體的重量，測(cè)量所述管狀晶體內(nèi)部壓力，根據(jù)測(cè)定的所述晶體重量和測(cè)定的所述晶體內(nèi)部壓力計(jì)算所述管狀晶體的實(shí)際重量并提供實(shí)際重量信號(hào)的變化，該變化代表在某一時(shí)間間隔X內(nèi)所述管狀晶體在實(shí)際重量上的變化，測(cè)量所述熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)的所述容器中存貯的固體硅粒子的重量并提供粒子重量信號(hào)的變化，該變化代表在某一時(shí)間間隔X內(nèi)存貯于所述容器中的所述硅粒子重量的變化，把實(shí)際重量信號(hào)的所述變化加到粒子重量信號(hào)的所述變化中，以便產(chǎn)生一合成值，產(chǎn)生包含作為所述合成信號(hào)的符號(hào)和大小的函數(shù)而變化的供料速率信息的控制信號(hào)，操縱所述配量裝置，使得在所述選定時(shí)間間隔內(nèi)由所述配量器裝置輸送的所述選定量的硅粒子作為在所述控制信號(hào)中所述供料速率信息的函數(shù)而變化。
全文摘要
一種用以在供生長選定材料的管狀晶體用的裝置的坩堝中控制再補(bǔ)給熔化物的系統(tǒng)的操作的控制系統(tǒng)。該熔化物再補(bǔ)給系統(tǒng)包含一個(gè)用以存貯所述選定材料的固體粒子的容器和一個(gè)用以把所述粒子從容器輸送給坩堝的配量器。該控制系統(tǒng)根據(jù)存貯于容器中硅粒子的重量、晶體的重量和晶體內(nèi)部壓力控制配量器從該容器輸送粒子給坩堝的速率。另一方面，該控制系統(tǒng)可適于控制該裝置的坩堝加熱器的溫度。本發(fā)明對(duì)由于管狀晶體之內(nèi)壓力波動(dòng)而造成的重量測(cè)量誤差提供補(bǔ)償。
文檔編號(hào)C30B15/00GK1054804SQ91101558
公開日1991年9月25日 申請(qǐng)日期1991年3月11日 優(yōu)先權(quán)日1990年3月12日
發(fā)明者布賴恩·H·麥金托什, 勞倫斯·埃里斯 申請(qǐng)人:無比太陽能公司