测定表面温度的方法技术

本发明专利技术的主题是一种用于在沉积工艺期间测定化学气相沉积反应器中的至少一个硅棒的表面温度的方法，其中测量装置A测定设置在硅棒上的测量区域中的表面温度，并且测量装置B连续地或不连续地确定所述硅棒的至少一个直径和/或布置在反应器中的至少一个其它硅棒的至少一个直径，测量区域的大小和/或位置根据所确定的一个或多个直径进行适配。本发明专利技术的另一主题是一种用于测定表面温度的设备以及包括该设备的反应器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】测定表面温度的方法本专利技术涉及一种用于在沉积工艺中测定化学气相沉积反应器中至少一个硅棒的表面温度的方法。本专利技术还涉及一种用于测定表面温度的装置，以及一种包括这种装置的反应器。多晶硅(polysilicon)用作例如坩埚提拉(Czochralski工艺)或区熔(浮区工艺)生产单晶硅的原材料。单晶硅可被锯成晶片，并且经过很多其他加工步骤之后，可以用于半导体工业中以制造电子元件(芯片)。另外，需要多晶硅用于通过例如块铸工艺生产多结晶硅(multi-crystallinesilicon)。以块体形式获得的多结晶硅可用于制造太阳能电池。这通常通过将硅块锯成矩形晶片来完成。多晶硅通常通过Siemens工艺(化学气相沉积工艺)生产。在该工艺中，在钟形反应器(Siemens反应器)中，通过电流的直接通过来加热硅的细丝棒(细棒)，并引入包含含硅组分和氢的反应气体。所述含硅组分通常是甲硅烷(SiH4)或一般组成为SiHnX4-n(n＝0、1、2、3；X＝Cl、Br、I)的卤代硅烷。此处的常规组分是氯硅烷或氯硅烷混合物，通常是三氯硅烷(SiHCl3，TCS)。主要使用的是SiH4或SiHCl3与氢气的混合物。典型的Siemens反应器的结构描述于例如EP2077252A2中。反应器底板通常容纳接收细棒的电极。通常，两个细棒各自通过桥连接以形成细棒对或U形棒(一对细棒具有倒U形)，它们通过电极形成电路。细丝棒的表面温度通常高于1000℃。这些温度导致反应气体的含硅组分的分解，并且元素硅以多晶硅的形式从气相沉积到棒表面上(化学气相沉积，CVD)。这导致细棒的直径增加。当达到规定的直径时，通常停止沉积，并卸下所得的U形硅棒。移除桥接之后，获得大致圆柱形的硅棒。硅棒的表面温度是重要的影响参数，通常在沉积期间中对其进行监测，并可以通过改变电流的通过来对其进行调整。原则上，由于硅棒的直径和因此表面积的增加，离开硅棒的热流与沉积时间成比例地增加。因此，在沉积过程中，通常需要适配电流强度。表面温度过高原则上导致硅粉尘的过量形成，而表面温度过低导致沉积延迟或根本没有进一步的沉积。此外，表面温度决定了硅棒的表面性质，从而决定了硅棒的质量。较高的温度通常确实导致硅棒的更快速生长，但随着温度的升高，表面不平整的现象会增加。用于测量硅棒表面温度的一种已知技术是使用高温计，例如辐射高温计。一般而言，高温计基于在特定波长或特定波长范围内发射的辐射强度来测量表面上的测量点的温度。由于反应器内部的热量，原则上从反应器外部进行测量，其中通过安装在反应器壁中的观察窗检测辐射。为了确保不间断的辐射通过，观察窗通常配备有专门的光学器件。与仅测定一个测量点的温度有关的普遍问题是多晶硅棒的表面性质。理想的测量结果只能在平整的表面上实现。然而，实际上，硅棒的表面可能出现沟槽和凸起，它们的表面温度可能大不相同。EP2391581B1公开了一种用于测量硅棒的直径和表面温度的方法。在该方法中，使用可绕平行于硅棒的纵轴的旋转轴水平旋转的高温计，随时间进行温度测量，并且同时通过水平旋转来测量厚度的增长。因此，在水平线上进行多个温度测量。在可旋转的高温计的情况下，可能发生反应器内的其它硅棒进入高温计和被测硅棒之间的光路中。此外，可以检测内部反应器壁的温度。为了排除此类干扰信号，需要根据预定阈值温度确定在被测硅棒上或附近是否检测到温度的程序。这种阈值方法更容易受到干扰。例如，气流的波动可能导致测量错误。此外，通常难以区分来自一个安装在另一个之上的两个棒的温度，这两个棒发生旋转。所确定的直径可能相应地失真。一个复杂的因素是，在沉积期间，多晶硅棒的直径增加，因此改变了温度测量的特征区域。而且，随着焦点的改变，高温计和棒表面之间的距离减小。测量表面温度的另一个挑战是硅棒的侧面区域。在这些区域中，通常不可能可靠地捕获温度，因为在这些区域中发射的只有一小部分辐射会击中高温计的检测器。EP2732067B1公开了一种通过使用图像捕获装置(数码照相机或CCD传感器)通过观察窗记录反应器内部的图像来监测CVD反应器中硅棒的表面温度的方法。通过图像中恒定大小的目标区域中的像素分析确定温度。适当时通过将图像与参考图像的辐射强度进行比较，确定硅棒的辐射强度，从而确定温度。此外，基于像素分析(从亮像素到暗像素的转变)，可以确定硅棒的外边缘。由这些可以计算直径并指定目标区域的位置。当仅使用一个图像捕获装置测定表面温度和棒直径时，特别是当将两个硅棒叠置时，可能会出现问题。由于这些棒通常具有大致相同的温度，因此在某些情况下它们可能被检测为一个棒，因此，计算出的直径可能太大。如果根据直径定位要分析温度的区域，则可能的情况是在重叠区域中检测到弯曲的棒边缘，从而歪曲了温度分析。另外，在面积上具有恒定大小的测量区域不考虑棒的曲度，其随着硅棒直径的增大而变小。本专利技术的目的是提供一种用于在沉积反应器的操作期间测量硅棒的表面温度的方法，该方法克服了现有技术中已知的缺点。该目的通过一种用于在沉积工艺期间测定化学气相沉积反应器中的至少一个硅棒的表面温度的方法来实现，其中测量装置A确定设置在硅棒上的测量区域中的表面温度，测量装置B连续或不连续地测定所述硅棒的至少一个直径和/或布置在反应器中的至少一个其它硅棒的至少一个直径。硅棒上的测量区域的大小和/或位置在此根据所确定的一个或多个直径来适配或限定。所述方法优选包括以下步骤：a)用测量装置B确定至少一个硅棒的至少一个直径；b)根据在步骤a)中确定的直径，确定所述硅棒上的测量区域的尺寸和/或位置；c)用测量装置A测定所述测量区域内的表面温度；d)连续或不连续地重复步骤a)、b)和c)，并根据硅棒的直径连续或不连续地适配测量区域的大小和/或位置。使用两个单独的测量装置A和B使得特别能够无间断地测定硅棒的直径及其表面温度。所述测量装置可以有利地以这样的方式设置，以排除各个测量区域被其他硅棒重叠的问题。测量区域的大小与所确定的棒直径的动态适配直接考虑到棒的曲度随直径的增加而变化。此外，以这种方式可以将测量区域保持得特别大。结果，可以更有效地补偿由表面结构引起的棒表面上的温差，从而测量结果不失真。通过动态适配硅棒上测量区域的位置，可以确保测量区域与硅棒的一个或两个边缘保持恒定的距离。特别地，可以将测量区域定位在棒边缘之间的中央，从而省去通常导致不精确的测量结果的侧面区域。气相沉积反应器更尤其是Siemens反应器。布置在反应器中的硅棒或硅棒对的数量通常对本专利技术方法的实施无关紧要。反应器中硅棒的数量的典型示例是36(18对棒)、48(24对棒)或54(27对棒)。硅棒可以近似地认为是圆柱形的。细棒同样可以是圆柱形的，不过也可以是其他几何形状。可以进一步假设反应器中所有硅棒的表面温度和直径都基本相同，尤其是在相同的棒高度例如，棒的中间比较相应的测量值时。这种近似是合理的，因为现代Siemens反应器的设计确保最大程度的沉积均匀性，即产生相同质量和形状的硅棒。这是通过反应器内均匀的气流，特别是棒的基本对称布置来实现的。确定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于在沉积工艺期间测定化学气相沉积反应器中至少一个硅棒的表面温度的方法，其中测量装置A测定设置在所述硅棒上的测量区域中的所述表面温度，测量装置B连续地或不连续地确定所述硅棒的至少一个直径和/或所述反应器中布置的至少一个其它硅棒的至少一个直径，所述测量区域的大小和/或位置根据所确定的一个或多个直径进行适配。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于在沉积工艺期间测定化学气相沉积反应器中至少一个硅棒的表面温度的方法，其中测量装置A测定设置在所述硅棒上的测量区域中的所述表面温度，测量装置B连续地或不连续地确定所述硅棒的至少一个直径和/或所述反应器中布置的至少一个其它硅棒的至少一个直径，所述测量区域的大小和/或位置根据所确定的一个或多个直径进行适配。


2.根据权利要求1所述的方法，其包括以下步骤：
a)用所述测量装置B确定至少一个硅棒的至少一个直径；
b)根据在步骤a)中确定的所述直径，限定设置在所述硅棒上的所述测量区域的大小和/或位置；
c)用所述测量装置A测定所述测量区域内的表面温度；
d)连续或不连续地重复步骤a)、b)和c)，并根据所述硅棒的直径连续或不连续地适配所述测量区域的大小和/或位置。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述测量装置B包括照相机，所述直径通过对由所述照相机产生的反应器内部的图像进行图像处理来测定。


4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述测量装置B包括运算单元，所述直径由通过所述运算单元捕获的沉积工艺的参数测定。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，测定至少两个，优选三个硅棒的直径。


6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述测量装置A包括热成像系统，更特别地是高温计或热成像照相机。


7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述测量区域具有垂直于硅棒轴线延伸的宽度，所述测量区域被限定为使得所述宽度在所述直径的2％和98％之间，优选地在5％和95％之间，更优选地在10％和90％之间。


8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述测量区域具有平行...

【专利技术属性】
技术研发人员：O·赛法特，S·佐梅劳尔，M·温泽伊斯，
申请(专利权)人：瓦克化学股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE