一种在硅熔化过程中连续测量未熔多晶硅岛的高度和形状的方法。该方法包括将聚焦的亮光投射至硅岛以在硅岛上产生亮点。该方法还包括在熔化过程中通过跟踪亮点电子测定硅岛的高度和形状。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及一种在用来生长单晶硅锭的晶体生长器中电荷熔化和粒状硅进 料过程中来测量和监控硅岛高度和形状的系统和方法。
技术介绍
硅岛的高度和形状对硅熔化过程的质量至关重要，反过来硅熔化过程的质量对于 自硅熔体的晶体生长的成功是必要的。在熔化过程中，高度和形状受多个变量的影响，诸 如加热器功率、粒状多晶硅进料速率、进料位置、坩埚位置等等。为更好地确保晶体生长在 最优条件下完成，应在整个熔化过程中对硅岛进行测量并持续监控。做到这点可能会很困 难，原因是硅岛的高度是不断地变化的，以及硅岛的形状也是不断地变化的并且变化非常 复杂。一种测量并监控硅岛的现有方法包括使用带有传统光源(即，生长器内的标准 LED或背景辐射)的光电倍增管或电荷耦合器件(CCD)摄像机。然而，这种特殊方法的精确 度不足以满足控制要求并且不能在所有熔化条件下监控硅岛。另一种方法包括使用激光测 距仪或类似器件。然而，这种方法不适用于晶体生长炉中，原因是从熔炉上的炉窗口和隔热 屏处激光束会产生反射或散射信号，从而致使测距仪测量过程中产生显著误差。因此，需要一种无论在晶体生长炉内部或外部的条件如何在熔化过程中连续测量 并监控硅岛的有效方法。此外，该等方法不应影响熔化或晶体生长过程或对操作人员造成 伤害。
技术实现思路
在一方面，本专利技术包括一种在硅熔化过程中连续测量未熔多晶硅岛的高度和形状 的方法。该方法包括将聚焦的亮光投射至硅岛以在硅岛上产生亮点。此外，通过在熔化过 程中跟踪亮点电子测定硅岛的高度和形状。在另一方面，本专利技术包括一种与用于自硅熔体生成硅晶体的装置结合使用的系 统，该系统用于在硅熔化过程中测量硅熔体的未熔多晶硅岛的高度和形状。该装置包括具 有在其内部熔化硅的壳体。该系统测量未熔多晶硅岛的高度和形状。该系统包括用于在硅 岛上投射亮点的指向壳体内部的聚焦的亮光。此外，该系统包括用于生成包含亮点的硅岛 部分的连续像图的指向壳体内部的摄像机。此外，该系统包括远离壳体的可编程控制器，该 可编程控制器基于像图来测定亮点的位置和高度并据此连续计算硅岛的形状和高度。在下文中，其它目的和特征将部分地显而易见并且部分地进行了解释。附图说明图1是包括用于自多晶硅制备熔融硅熔体的本专利技术的装置的晶体生长器的示意 图；图2是装置的摄像机和激光源的侧视图3是图1的装置的控制单元和摄像机的框图；图4是包括本专利技术的装置的示意图的晶体生长器的局部剖面图；图5是包括本专利技术的光罩的示意图的装置和晶体生长器的局部透视图；图6是本专利技术第二实施例的图示，其示出装置的摄像机和激光源以及高度控制扫 描仪示意图的侧视图；和图7是图6中扫描仪的展开图。在所有附图中，相应的附图标记表示相应的部件。具体实施例方式现参照附图，尤其是参照附图1，示出了通常标记为11的本专利技术的装置与通常标 记为13的晶体生长器一起使用的情况，这类晶体生长器13用于通过提拉法(Czochralski method)生成单晶硅锭。晶体生长器13包括用于隔离含有晶体生长室17的内部的通常标 记为15的壳体。石英坩埚19支撑于生长室17内，并且包含可生成单晶硅锭的熔融半导体 源材料M。加热器电源20向包围在坩埚19的电阻加热器21供电以在坩埚内产生熔融硅M。 绝缘材料23衬于壳体15的内壁。坩埚驱动装置25绕垂直轴X如箭头所示旋转坩埚19，并 在生长过程中升降坩埚。如图2所示，装置11包括激光或聚焦的亮光源27和通常标记为四的摄像机系统。 摄像机系统包括摄像机31和检测和跟踪软件。聚焦的光源27安装于晶体生长器13的壳 体15上。光源27包括短波长激光(诸如绿/蓝激光)或聚焦的超亮光源(高功率绿/蓝 LED)。绿激光(如，约532nm)、蓝二极管激光或高功率蓝LED(如，约405nm)用于避开晶体 生长器上典型隔热屏窗口/滤光器的截止波长。一般地，隔热屏窗口/滤光器的截止波长 从约600nm至约650nm。由于这些光源的波长短于截止波长，所以它们会获得较高的透射率 (transmission ratio)和较高的信噪比从而穿过保护窗口 33并进入晶体生长器13，这样 就具有强烈的环境辐射。应当理解在不脱离本专利技术范围的情况下，可以使用替代光源。例 如，也可以使用具有小于窗口 33的截止波长(例如，小于约600nm)的波长的LED，前体条件 是该LED足够亮。在优选实施例中，对于聚焦的光源27光输出的需求通常大于10mW。然 而，具有IOmW或低于IOmW光输出的光源也在本专利技术的范围之内。参照图2，激光27还包括防护罩35。该防护罩附接到摄像机31并安装于摄像机 窗口 37。防护罩35由两端开口的细长管组成，其在第一末端41接收激光束39并允许激光 束在与第一末端相对的第二末端43处离开。该管的侧壁由合适材料制成从而来避免将任 何误导向或反射的激光束投射到周围的环境中。为保护操作人员免受激光辐射，如图5所 示，具有相应波长的光罩45也可安装于所有的观察和辅助窗口。本领域的技术人员将熟悉 本专利技术所使用的适当防护罩和光罩。二维摄像机31也安装于晶体生长器13的壳体15上并与控制单元47 (见图1)电 气通信。摄像机31以框的形式进行表示，旨在表示在不脱离本专利技术范围的情况下可以使用 一个或多个摄像机。本领域众所周知的是，控制单元47电连接至晶体生长器13的各种操 作组件以控制生长器的操作。摄像机31安装于晶体生长器壳体15的视口 49并且通常对 准生长器中心轴X和坩埚19内的熔融硅M上表面U的交点。例如，摄像机31可以以约15°至约34°的角度进行安装，所述角度相对于晶体生 长器13的中心轴X测得。摄像机31优选地为单色电荷耦合器件(CXD)摄像机，诸如具有 768x494像素分辨率的Sony )(C-75CCD视频摄像机。另外，根据所使用的光源27的类型，在检测CCD摄像机31时能够使用相应的激光 线干涉滤光器(激光)或带通滤光器(LED)，从而使得摄像机选取不受晶体生长器13内大 多数环境辐射影响的点信号。本领域的技术人员将知道适用于本专利技术的滤光器类型。图3以框图的形式示出控制单元47的优选实施例。摄像机31通过线路51 (如， RS-170视频电缆)将视频图像传送至视觉系统53。视觉系统包括视频图像帧缓冲区55和 图像处理器57来捕集并处理视频图像。举例来说，视觉系统53是Cx-IOO图像帧接收器或 Cognex CVS-4400视觉系统。反过来，视觉系统53通过线路61与可编程逻辑控制器(PLC) 59 通信。在一个优选的实施例中，PLC 59是由德州仪器(Texas Instruments)制造的575型 PLC或545型PLC，并且线路61是通信接口(如，VME背板接口)。视觉系统53也通过线路65 (如，RS-170RGB视频电缆)与视频显示器63通信以显 示摄像机31生成的视频图像，并通过线路69(如，RS-232电缆)与电脑67通信，从而用来 对视觉系统编程。如图2所示，PLC 59通过线路73(如，RS-485电缆)与一个或多个程序 输入/输出模块71通信。操作人员界面电脑75也通过线路77(如，RS-232电缆)与PLC 通信以允许拉晶机操作人员在晶体生长器13的操作过程中向PLC输入所需的操本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种在硅熔化过程中连续测量未熔多晶硅岛的高度和形状的方法，所述方法包括：将聚焦的亮光投射到所述硅岛以在所述硅岛上产生亮点；和在所述熔化过程中通过跟踪所述亮点电子测定所述硅岛的高度和形状。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：Z·陆，
申请(专利权)人：MEMC电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：US
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