用于测量硅沉积反应器中硅棒的温度和生长厚度的设备和方法

摘要

本发明涉及一种用于通过位于硅沉积反应器外部的高温计来测量硅沉积反应器中硅棒的温度和生长厚度的设备。本发明的目的是提供一种设备，其允许以足够的精度贯穿整个沉积过程地进行连续的温度测量和生长厚度测量。这被实现是因为无接触操作温度测量装置(4)被设置用于温度测量并被布置在观察窗(2)前面、在硅沉积反应器的外部，而且温度测量装置(4)通过旋转驱动装置(9)可以围绕旋转轴(5)水平枢转，其中枢转轴(5)平行于硅棒(1)的纵轴延伸，并且其中温度测量装置的中心轴(6)延伸穿过枢转轴(5)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过位于硅沉积反应器外部的温度测量装置来测 量硅沉积反应器中硅棒的温度和生长厚度的设备和方法。

背景技术

用于多晶硅的制造过程是基于一种其中气态三氯硅烷与氢一起进 入真空反应器的方法，在该真空反应器中，已经被先前布置有细硅棒 作为原材料并且所述细硅棒被电加热至大约1100摄氏度的温度。该方 法已被已知为所谓的SIEMENS方法。在这种情况中，必须严格注意不 达到硅的熔化温度。在这种情况中，沉积硅于硅棒上，其中在来自三 氯硅烷的化学反应中生成硅。以这种方式生成的多晶硅柱然后可用于 进一步的处理。

硅柱一旦被再次破碎成用于光电工业的相对小的组块，并且然后 在石英坩埚中熔化，并且如果需要，被再次成形成单晶或多晶块，然 后从所述单晶或多晶块制造用于太阳能模块的坯料。

在该过程中的一个关键因素是涂覆过程期间硅沉积反应器中细硅 棒的温度控制，在所述涂覆过程期间，温度必须被保持在大约1100℃ 的预定温度范围中，并且如果出现过高温度绝对必要停止该步骤，所 述过高温度会引起硅棒的断裂，并且必要停止沉积步骤，并且在极低 温度的情况中，其不会引起硅的最佳沉积。

用于符合这些条件的一种可能方式是连续的人工视觉检查，这将 极其复杂，并将不得不在该过程的至少第一小时期间实施。

为此目的，一个或多个观察窗被定位在硅沉积反应器中，并允许 利用通过人工观察和个人估计的近似值进行观测。这必须始终做到， 当然这不引起可再生的充分可靠的结果。这是因为毁灭性的后果可起 因于短暂地超过标称温度。

发明内容

本发明基于提供一种用于测量硅沉积反应器中硅棒的温度和生长 厚度的设备和方法的目的，以允许贯穿整个沉积过程的温度和生长厚 度的充分精确的连续测量。

本发明所基于的目的得以实现是因为，无接触操作温度测量装置 被设置以用于温度测量并被布置于硅沉积反应器的在观察窗前面的外 部，并且通过旋转驱动装置，温度测量装置可以围绕旋转轴水平枢转， 其中旋转轴平行于硅棒的纵轴延伸，并且其中温度测量装置的中心轴 延伸穿过枢转轴。在该过程期间测量从硅棒出现的热辐射。

在本发明的一个发展中，旋转轴在观察窗前面位于硅沉积反应器 的反应器壁外部。

在本发明的一个变型中，枢转轴在观察窗后面布置在硅沉积反应 器中，因此能够记录硅沉积反应器中更宽的枢转范围。

此外，通过设置有流体冷却装置来冷却观察窗。通过计算可以完 全修正由此引起的温度测量的恶化。

在一个具体发展中，可旋转的偏振滤光器布置在温度测量装置和 观察窗之间，或者至少在温度测量装置前面。这使遮蔽或最小化硅沉 积反应器的内壁上的反射成为可能。这允许避免不正确的测量，因此 提高测量精度。

在本发明的进一步的改进中，温度测量装置是高温计，该高温计 的测量数据被存储用于进一步的处理，并显示在监控器上，其中在显 示于监控器上的数据上叠加栅格，以用于更好的定向。

温度测量装置也可以是热成像相机。该热成像相机可以枢转或者 也可以是静止的，其中测量数据，也就是说关于时间的温度曲线和关 于角度的温度曲线在两种情况中都被电子化地评估。

此外，温度测量装置被联接至用于定位观察镜后面的旋转轴的旋 转驱动装置，该旋转驱动装置位于管形连接短柱下方，该管形连接短 柱从反应器壁突出，并且在该管形连接短柱中定位观察镜。

根据本发明的设备可以有利地用于沉积反应器或其它热涂覆过 程。

本发明所基于的目的也通过如下步骤的用于测量硅沉积反应器中 细硅棒的温度和生长厚度的方法实现：

-在硅沉积反应器中布置细硅棒，移除氧气并通过将细硅棒集成在 电路中以及在硅沉积反应器中引入三氯硅烷来开始沉积步骤，

-通过位于硅沉积反应器外部的温度测量装置扫描细硅棒，并且选 择细硅棒中的一个，并使高度计聚焦到选择出的细硅棒上，

-记录关于时间绘制的温度曲线，且通过水平枢转高温计直至识别 出突然的亮/暗变化、以及在相反的枢转方向上枢转高温计直至识别出 另外的突然的亮/暗变化，同时测量生长厚度，

-从枢转角度计算被涂覆的细硅棒的直径，以及

-以一定间隔重复测量生长厚度，并且在被涂覆的细硅棒已经达到 预定厚度之后终止沉积过程。

在该情况中间隔也可以是零，也就是说没有任何中断地实施测量， 或者它们可以呈现离散值，因此允许以限定的间隔实施测量。

在被集成到电路中之后，优选选择被定位成最靠近观察窗的细硅 棒。

在本发明的一个具体改进中，通过偏振滤光器遮蔽扫描过程开始 之前可存在于硅沉积反应器的内壁上的任何反射，因为该偏转滤光器 被旋转，直至反射消失，或至少已被减小。

根据本发明的设备可以有利地用于具有依赖于热的层生长的沉积 反应器。

本发明的具体优点是涂覆过程可以从自动温度检测和厚度测量开 始而实施，由此使之能够避免将引起该过程被停止的过高温度。此外， 这使之能够避免引起非最佳的沉积的过低的温度。

此外，涂覆过程被最佳化，因为当硅棒达到标称厚度时涂覆过程 能够被终止。此外，介质的使用被最佳化，在于利用实现的棒直径自 动控制气体过程，因为随着硅棒的厚度增加必须供应相应更多的三氯 硅烷，以用于恒定的生长厚度。

根据本发明的设备使得能够利用硅棒的外部圆周上的显著的突然 温度变化而没有任何问题地精确确定相对于时间的沉积厚度和层厚度 的增加。

附图说明

在参照一个示例性实施例的下文中更详细地解释本发明。

在相关的附图中：

图1示出了根据本发明用于硅棒的温度测量的设备的示意性平面 图；

图2示出了如在图1中示出的变型的示意性平面图，其中温度测 量装置的枢转轴位于观察镜后面；以及

图3示出了如在图2中示出的变型的示意性平面图，其中增加了 偏振滤光器。

具体实施方式

根据图1，用于通过反应器壁3中的观察窗2对硅沉积反应器中 的硅棒1进行温度测量的设备包括无接触操作温度测量装置4，所述温 度测量装置4可以围绕枢转轴5枢转。枢转轴5平行于硅棒1的纵轴6 延伸。此外，温度测量装置4的纵轴6延伸穿过枢转轴5。

图1示出了两个状态中的硅棒1，具体地为细硅棒1a和在该过程 的结束之后的硅棒1b。

在图1示出的变型中，枢转轴5位于硅沉积反应器的反应器壁3 的在观察窗2前面的外部，所述观察窗2容纳于突出于管壁3外部的 管形连接短柱8中。

设置具有旋转驱动装置9形式的马达调节装置用于温度测量装置 4的枢转驱动。

根据本发明的设备允许硅棒1在沉积过程期间被持久扫描或以简 单的方式以一定的时间间隔扫描，以精确确定温度和生长厚度。因为 在硅棒1的宽度上扫描是可能的，所以基于硅棒1的侧边缘处的突然 温度改变，可以在沉积过程期间连续检查硅棒1的生长厚度。

此外，这允许介质的使用最佳化，在于气体处理可被自动匹配至 已经实现的棒直径，因为在恒定生长厚度的情况下，随着硅棒厚度增 加，必须供给相应更多的三氯硅烷。因此该过程可以以最小需要的三 氯硅烷量开始，在这种情况中，该量于是与硅棒的增加的直径相匹配。

从枢转轴5和硅棒1之间的距离以及确定的枢转角度可以计算所 实现的厚度。

图2示出了本发明的变型的示意性平面图，其中枢转轴5位于观 察窗2后面，也就是说在硅沉积反应器中，因此使实现更大的枢转角 度成为可能。

为了将枢转轴5定位观察镜后面，温度测量装置4被联接至位于 观察镜下方的旋转驱动装置9。

其测量数据可被存储和显示于监控器上的高温计特别适用于作为 温度测量装置4，在其上可以叠加栅格以便更好地图示所显示的数据及 极限值。

作为高温计的替代，也可以使用热成像摄像机，并且如果适当地 设计则该热成像相机可被布置成静止的。

此外，可以在高温计和观察窗2之间布置可旋转的偏振滤光器2.1， 因此通过适当地旋转偏振滤光器2.1直至反射消失或被最小化而使遮 蔽反应器的内壁上的干扰反射、或者至少使它们最小化成为可能(图 3)。这使实现特别高的测量精度成为可能。

根据本发明的设备允许测量硅沉积反应器中的细硅棒1的温度和 生长厚度的自动方法。

为此目的，细硅棒1.1首先被布置在硅沉积反应器中，并且从硅 沉积反应器移除氧气。然后通过将细硅棒1.1集成在电路中以及引入三 氯硅烷来开始沉积过程。细硅棒1.1被电加热至大约1100℃的温度， 也就是说沉积温度。

然后通过温度测量装置4例如高温计扫描细硅棒1.1，该温度测量 装置4位于硅沉积反应器外部，并且选择细硅棒1.1中的一个，其中该 高温计聚焦在该细硅棒1.1上。

然后记录相对于时间的温度曲线，并且通过水平枢转温度测量装 置4直至识别出突然的亮/暗变化和在相反的枢转方向上枢转温度测量 装置4直至识别出另外的突然亮/暗变化，执行细硅棒1.1的生长厚度 的同时或随后的测量。然后从枢转轴和硅棒之间的距离以及测量的枢 转角度可以容易计算被涂覆的细硅棒1.1的直径。

为了提高测量过程的精度，应当在扫描过程开始之前遮蔽硅沉积 反应器的内壁上的反射，并且这可以借助于偏振滤光器通过旋转该偏 振滤光器直至该反射已消失或至少已被减少来实现。

以均匀的时间间隔或者连续地测量生长厚度，从而使一旦被涂覆 的细硅棒1.2达到预定的厚度就终止硅沉积过程。

当然，原则上也能够在时间上交错地测量多个细硅棒1.1。

该方法一方面确保原则上再也不超过临界温度，同时另一方面通 过当硅棒达到标称厚度时停止该过程的能力来最佳化沉积过程。

原则上，也能够围绕水平轴来枢转该温度测量装置4，这优选地 应当位于观察窗后面。这使通过稍微向下或向上枢转温度测量装置来 遮蔽来自相对反应器壁的反射成为可能。

附图标记列表

1硅棒

1.1细硅棒

1.2沉积结束之后的硅棒

2观察窗

2.1偏振滤光器

3反应器壁

4温度测量装置

5枢转轴

6纵轴

7旋转角度

8管形连接短柱

9旋转驱动装置