[發(fā)明專利]薄片形成設(shè)備、測量薄片厚度的系統(tǒng)及測定界面的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201580055518.8
• 申請日: 2015-10-16
• 公開（公告）號: CN106796203B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彼德·L·凱勒曼;阿拉·莫瑞迪亞;法蘭克·辛克萊
• 申請（專利權(quán)）人: 瓦里安半導(dǎo)體設(shè)備公司
• 主分類號: G01N29/07
• 分類號: G01N29/07;G01N29/24;G01N29/28;C30B15/00;C30B15/06;C30B15/20;C30B29/06;C30B29/64
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11205
• 代理人: 楊文娟;臧建明

本發(fā)明涉及一種薄片形成設(shè)備、測量薄片厚度的系統(tǒng)及測定界面的方法。薄片形成設(shè)備包含用于固持材料熔體以及置于熔體內(nèi)的固體薄片的坩堝、配置于所述坩堝上方用以自所述熔體形成薄片的結(jié)晶器和鄰近所述結(jié)晶器配置的超聲波測量系統(tǒng)，所述超聲波測量系統(tǒng)包括至少一個(gè)超聲波測量裝置，其包含耦合到超聲波換能器的波導(dǎo)以導(dǎo)引超聲波脈沖穿過所述熔體。本發(fā)明的系統(tǒng)可用于在幾乎任何類型的晶體固化應(yīng)用與玻璃和冶金應(yīng)用中，測定不同材料之間的界面位置。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是有關(guān)于一種設(shè)備、系統(tǒng)及方法，且特別是有關(guān)于一種用于在高溫環(huán)境中定位材料層之間界面的薄片形成設(shè)備、測量薄片厚度的系統(tǒng)及測定界面的方法。

背景技術(shù)

在許多加工和生產(chǎn)應(yīng)用中，適宜或必需在惡劣或極端環(huán)境中定位多種不同材料之間的界面。舉例而言，制造半導(dǎo)體基材有時(shí)使用一種技術(shù)，其中從一種既定材料(諸如硅)的熔體上生長單一結(jié)晶(單晶)薄片。這可通過使由既定材料組成的熔體表面上的既定位置處的所述既定材料的較薄固體層結(jié)晶，且沿一牽拉方向拉伸所述較薄固體層實(shí)現(xiàn)。當(dāng)沿既定方向拉伸所述單晶材料時(shí)，可形成一單晶材料帶，其中所述單晶材料帶一端在既定位置或發(fā)生結(jié)晶的結(jié)晶區(qū)域上保持固定。所述結(jié)晶操作可能需要強(qiáng)冷卻裝置或“結(jié)晶器”。所述結(jié)晶區(qū)域可限定單晶薄片和熔體之間的結(jié)晶正面(前邊緣)，所述熔體由前邊緣處形成的晶體面限定。

為了保持這個(gè)有刻面的前邊緣在穩(wěn)態(tài)條件下生長以匹配生長速度和單晶薄片或“帶”的牽拉速度，在結(jié)晶區(qū)域可使用結(jié)晶器進(jìn)行強(qiáng)冷卻。這樣可能會導(dǎo)致單晶薄片形成，其初始厚度與所應(yīng)用的冷卻強(qiáng)度相稱，就硅帶生長而言，其初始厚度通常約為1-2mm。但是，對于諸如由單晶薄片或單晶帶形成的太陽能電池的應(yīng)用而言，目標(biāo)厚度可能約為200μm或小于200μm。這需要減少初始形成的單晶帶的厚度，可通過在沿牽拉方向拉伸所述單晶帶時(shí)，在包含熔體的坩堝區(qū)域上方加熱所述單晶帶實(shí)現(xiàn)。在單晶帶與熔體接觸時(shí)，所述單晶帶經(jīng)由所述區(qū)域拉伸，可回熔單晶帶的既定厚度，從而將單晶帶厚度降低到目標(biāo)厚度。確切地說，所述回熔方法非常適用于所謂的浮硅法(Floating Silicon Method，簡稱：FSM)，它根據(jù)上述操作步驟可在硅熔體表面上形成硅薄片。

但是，在使用諸如FSM的方法生長單晶薄片期間，在單晶薄片的整個(gè)寬度(即沿垂直于牽拉方向的橫向方向)上薄片厚度可能有變化。操作不同，薄片厚度可能也不同，或者甚至在同一操作中，厚度可能也不相同，其中操作與單晶材料單帶的產(chǎn)生過程對應(yīng)。另外，由于單晶帶的最終目標(biāo)厚度可比初始厚度薄10倍，所以精確控制厚度的一致性尤其重要。舉例而言，器件應(yīng)用可能指定基材的厚度為200μm+/-20μm。如果在靠近結(jié)晶器處具有2mm的初始厚度且初始厚度變化范圍為2％(或40μm)的單晶薄片在未對所述初始厚度變化進(jìn)行校正的情況下結(jié)晶，則所述帶的厚度通過經(jīng)由回熔區(qū)域拉伸變薄至200μm后，40μm的厚度變化可構(gòu)成厚度20％的變化，這樣可能會讓單晶帶無法用于其預(yù)期應(yīng)用。此外，單晶帶的厚度沿橫向方向的變化方式，可能通過使用傳統(tǒng)加熱器回熔所述帶是難以校正的。

鑒于前述，宜提供一種用于測量單晶薄片的厚度的系統(tǒng)，此系統(tǒng)能夠在惡劣(即，高溫并且有許多電雜信號)FSM操作環(huán)境內(nèi)不受干擾地操作，且不會污染熔體。進(jìn)一步宜提供一種系統(tǒng)，此系統(tǒng)可用于在幾乎任何類型的晶體固化應(yīng)用(例如Cz，DSS)與玻璃和冶金應(yīng)用中，測定不同材料之間的界面位置(例如液體和固體之間的界面，液體和氣體之間的界面，不同固體之間的界面，不同液體之間的界面，等等)，在這些應(yīng)用中，用其它方法難以或者不可能定位材料界面。

發(fā)明內(nèi)容

提供此發(fā)明內(nèi)容而以簡化形式引入下文在具體實(shí)施方式中進(jìn)一步描述的一系列概念。此發(fā)明內(nèi)容并不打算確定所主張的主題的關(guān)鍵特征或基本特征，并且也不打算說明確定所主張的主題的范圍。