[发明专利]用于连续测量硅岛高度的方法和装置

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

在一方面，本发明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，本发明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发明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；

图3是图1的装置的控制单元和摄像机的框图；

图4是包括本发明的装置的示意图的晶体生长器的局部剖面图；

图5是包括本发明的光罩的示意图的装置和晶体生长器的局部透视图；

图6是本发明第二实施例的图示，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的本发明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29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发明范围的情况下，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10mW或低于10mW光输出的光源也在本发明的范围之内。