[發(fā)明專利]用于連續(xù)測量硅島高度的方法和裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980133069.9
• 申請日: 2009-08-18
• 公開（公告）號: CN102132124A
• 公開（公告）日: 2011-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: Z·陸;S·L·金貝爾;R·H·菲爾克霍夫;J·C·侯澤
• 申請（專利權(quán)）人: MEMC電子材料有限公司
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;C30B15/20
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 楊曉光;于靜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般涉及一種在用來生長單晶硅錠的晶體生長器中電荷熔化和粒狀硅進料過程中來測量和監(jiān)控硅島高度和形狀的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

硅島的高度和形狀對硅熔化過程的質(zhì)量至關(guān)重要，反過來硅熔化過程的質(zhì)量對于自硅熔體的晶體生長的成功是必要的。在熔化過程中，高度和形狀受多個變量的影響，諸如加熱器功率、粒狀多晶硅進料速率、進料位置、坩堝位置等等。為更好地確保晶體生長在最優(yōu)條件下完成，應在整個熔化過程中對硅島進行測量并持續(xù)監(jiān)控。做到這點可能會很困難，原因是硅島的高度是不斷地變化的，以及硅島的形狀也是不斷地變化的并且變化非常復雜。

一種測量并監(jiān)控硅島的現(xiàn)有方法包括使用帶有傳統(tǒng)光源(即，生長器內(nèi)的標準LED或背景輻射)的光電倍增管或電荷耦合器件(CCD)攝像機。然而，這種特殊方法的精確度不足以滿足控制要求并且不能在所有熔化條件下監(jiān)控硅島。另一種方法包括使用激光測距儀或類似器件。然而，這種方法不適用于晶體生長爐中，原因是從熔爐上的爐窗口和隔熱屏處激光束會產(chǎn)生反射或散射信號，從而致使測距儀測量過程中產(chǎn)生顯著誤差。

因此，需要一種無論在晶體生長爐內(nèi)部或外部的條件如何在熔化過程中連續(xù)測量并監(jiān)控硅島的有效方法。此外，該等方法不應影響熔化或晶體生長過程或?qū)Σ僮魅藛T造成傷害。

發(fā)明內(nèi)容

在一方面，本發(fā)明包括一種在硅熔化過程中連續(xù)測量未熔多晶硅島的高度和形狀的方法。該方法包括將聚焦的亮光投射至硅島以在硅島上產(chǎn)生亮點。此外，通過在熔化過程中跟蹤亮點電子測定硅島的高度和形狀。

在另一方面，本發(fā)明包括一種與用于自硅熔體生成硅晶體的裝置結(jié)合使用的系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于在硅熔化過程中測量硅熔體的未熔多晶硅島的高度和形狀。該裝置包括具有在其內(nèi)部熔化硅的殼體。該系統(tǒng)測量未熔多晶硅島的高度和形狀。該系統(tǒng)包括用于在硅島上投射亮點的指向殼體內(nèi)部的聚焦的亮光。此外，該系統(tǒng)包括用于生成包含亮點的硅島部分的連續(xù)像圖的指向殼體內(nèi)部的攝像機。此外，該系統(tǒng)包括遠離殼體的可編程控制器，該可編程控制器基于像圖來測定亮點的位置和高度并據(jù)此連續(xù)計算硅島的形狀和高度。

在下文中，其它目的和特征將部分地顯而易見并且部分地進行了解釋。

附圖說明

圖1是包括用于自多晶硅制備熔融硅熔體的本發(fā)明的裝置的晶體生長器的示意圖；

圖2是裝置的攝像機和激光源的側(cè)視圖；

圖3是圖1的裝置的控制單元和攝像機的框圖；

圖4是包括本發(fā)明的裝置的示意圖的晶體生長器的局部剖面圖；

圖5是包括本發(fā)明的光罩的示意圖的裝置和晶體生長器的局部透視圖；

圖6是本發(fā)明第二實施例的圖示，其示出裝置的攝像機和激光源以及高度控制掃描儀示意圖的側(cè)視圖；和

圖7是圖6中掃描儀的展開圖。

在所有附圖中，相應的附圖標記表示相應的部件。

具體實施方式

現(xiàn)參照附圖，尤其是參照附圖1，示出了通常標記為11的本發(fā)明的裝置與通常標記為13的晶體生長器一起使用的情況，這類晶體生長器13用于通過提拉法(Czochralski?method)生成單晶硅錠。晶體生長器13包括用于隔離含有晶體生長室17的內(nèi)部的通常標記為15的殼體。石英坩堝19支撐于生長室17內(nèi)，并且包含可生成單晶硅錠的熔融半導體源材料M。加熱器電源20向包圍在坩堝19的電阻加熱器21供電以在坩堝內(nèi)產(chǎn)生熔融硅M。絕緣材料23襯于殼體15的內(nèi)壁。坩堝驅(qū)動裝置25繞垂直軸X如箭頭所示旋轉(zhuǎn)坩堝19，并在生長過程中升降坩堝。

如圖2所示，裝置11包括激光或聚焦的亮光源27和通常標記為29的攝像機系統(tǒng)。攝像機系統(tǒng)包括攝像機31和檢測和跟蹤軟件。聚焦的光源27安裝于晶體生長器13的殼體15上。

光源27包括短波長激光(諸如綠/藍激光)或聚焦的超亮光源(高功率綠/藍LED)。綠激光(如，約532nm)、藍二極管激光或高功率藍LED(如，約405nm)用于避開晶體生長器上典型隔熱屏窗口/濾光器的截止波長。一般地，隔熱屏窗口/濾光器的截止波長從約600nm至約650nm。由于這些光源的波長短于截止波長，所以它們會獲得較高的透射率(transmission?ratio)和較高的信噪比從而穿過保護窗口33并進入晶體生長器13，這樣就具有強烈的環(huán)境輻射。應當理解在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可以使用替代光源。例如，也可以使用具有小于窗口33的截止波長(例如，小于約600nm)的波長的LED，前體條件是該LED足夠亮。在優(yōu)選實施例中，對于聚焦的光源27光輸出的需求通常大于10mW。然而，具有10mW或低于10mW光輸出的光源也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。