[发明专利]用于监测和控制硅棒温度的方法和系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年7月13日提交的美国临时申请No.61/507,405的优先权，该申请的全部公开内容通过引用全部结合在本文中。

技术领域

本文公开的内容总地涉及用于监控硅棒温度的系统和方法，较具体地，涉及基于数字图像分析监控硅棒表面温度的系统和方法。

背景技术

用在电子和太阳能工业中的超纯多晶硅通常是通过在反应器中进行的化学气相沉积（CVD）过程由气态反应物的沉积生成的。

一种用于在CVD反应器中生产超纯多晶硅的方法被称为Siemens方法。设置在反应器中的硅棒用作开始该方法的籽晶。气态的含硅反应物流经反应器并且使硅沉积在棒的表面上。该气态反应物（即，气态前体）包括卤化硅，例如与合适的载气（通常为氢气）混合的三氯氢硅。因为三氯氢硅是动力学稳定的，所以CVD过程很慢，而且通常利用较高温度，以允许产生沉积。利用大于1000℃的硅棒表面温度并非是不常见的。在这些条件下，气体反应物在硅棒的表面上分解。因此，硅根据下面的总反应式沉积在硅棒上：

SiHCl₃+H₂→Si+3HCl

在硅棒生长至期望的直径后，停止该过程。然后从CVD反应器中抽出硅棒，并从该硅棒上获取硅以进行下一步处理。

在CVD过程期间，通常需要控制硅棒的表面温度。如果表面温度太高，可能会产生过多的硅屑。如果表面温度太低，沉积可能会较慢或者甚至可能不发生。

Siemens方法利用焦耳热来获得期望的表面温度。将电能转换为热能以加热硅棒。通过电源向反应器提供电流，该电源调整供给每个硅棒的电压，以控制电流强度，并且因而控制硅棒的温度。

然而，在沉积过程中，反应器的功率需求不是恒定的。当硅棒的表面积增加时，离开硅棒的热通量随着沉积时间而增加。因此，不断调整通过硅棒的电流，以保持期望的硅棒表面温度。

至少一种已知的控制硅棒温度的方法利用了高温计来监测硅棒表面温度。当监测到的温度偏离期望的设定值时，调整电流强度以试图使硅棒表面温度回到期望的设定值。高温计通常根据普朗克辐射定律，基于在特定波长或波长范围发出的辐射的强度确定硅棒上的目标点的温度。

然而，高温计必须被正确地校准并且瞄准合适的目标，该目标优选地为所关注的硅棒的光滑的同质点。此外，利用高温计监测硅棒表面温度产生了其他困难。这些困难包括局部热点或冷点的存在、高温计未瞄准目标、以及硅棒移出目标区域等等。

此背景技术部分旨在向读者介绍可能与下面将描述和/或要求保护的本申请的各方面相关的本领域的各方面。此部分内容有助于向读者提供背景信息，以便于他们更好地理解本申请的各个方面。因此，应该理解的是，应该基于这种考虑来阅读这些内容，而不能将其视为对现有技术的认可。

发明内容

本发明的一个方面是一种在化学气相沉积（CVD）过程期间监测CVD反应器中的至少一个硅棒的表面温度的方法。该方法包括捕获CVD反应器内部的图像。该图像包括硅棒。该方法包括扫描该图像以识别硅棒的左边缘和硅棒的右边缘、识别在左边缘和右边缘中间的目标区域以及确定目标区域中的硅棒的温度。

本发明的另一方面是一种系统，该系统包括：包含内部的化学气相沉积（CVD）反应器、联接在该CVD反应器的内部的多个硅棒、定位成捕获CVD反应器的内部和所述多个硅棒中的其中一个硅棒的图像的成像装置、以及控制器。该控制器构造成扫描图像以识别硅棒的左边缘和硅棒的右边缘、识别在左边缘和右边缘中间的目标区域并确定目标区域中的硅棒的温度。

与上述各方面相关的特征包含各种改进。上述各方面中也可以结合其他特征。这些改进和附加特征可以单独存在或者以任意组合存在。例如，下面关于任何示出的实施例所讨论的各种特征都可以单独地或以任意组合结合在任意上述方面中。

附图说明

图1为包括电源和反应器的示例性系统的框图；

图2为图1的系统的成像装置的视场的示意图，该视场包括硅棒；

图3为当硅棒已相对于成像装置移动时图2中示出的视场；

图4为当硅棒尺寸已增加时图2中示出的视场；

图5为图1的系统的成像装置的视场的示意图，该视场包括两个在该视场内重叠的硅棒；以及

图6为图1的系统的成像装置的视场的示意图，该视场包括两个硅棒。

各视图中同样的参考标号表示相同的元件。

具体实施方式