CN103969006B - 检测硅熔汤外泄的方法 - Google Patents
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Abstract
一种检测硅熔汤外泄的方法，适用于检测炉体内的坩埚内的硅熔汤的外泄，此坩埚的外围包覆有多个石墨板材。此检测硅熔汤外泄的方法包含下列步骤。利用气体检测器进行检测步骤，以检测炉体内的一氧化碳的含量或二氧化碳的含量。将坩埚的加热温度维持在稳定状态时，所检测到的一氧化碳或二氧化碳的第一含量值作为一基准。进行判断步骤，以判断硅熔汤是否自坩埚外泄。当后续所检测到的一氧化碳或二氧化碳的第二含量值相对于第一含量值呈陡升状况时，判断硅熔汤外泄。
Description
技术领域
本发明是有关于一种检测方法，且特别是有关于一种检测硅熔汤（silicon melt）外泄的方法。
背景技术
硅的长晶制程通常是在炉体内部的坩埚中进行。进行长晶时，先将硅料铺设在坩埚内，再利用设置于炉体内的加热器来加热硅晶材料。然而，有时可能因坩埚质量不佳、或者硅料装填不当，而容易在长晶过程中造成坩埚破裂的情况。坩埚的破裂会导致硅熔汤外泄。
由于，硅熔汤外泄将严重损毁炉体内零件与结构，而导致制程成本的大幅提升。因此，目前采取温度异常变化或加热器功率异常变化的方式，来检测硅熔汤是否外泄。在此种方式中，当硅熔汤外泄时，温度传感器感受到外泄的硅熔汤所散发的热，而进一步促使加热器的功率调降。因而，此一现象的发生可做为硅熔汤是否外泄的判断标准。
然而，当硅熔汤外泄且渗透到可让温度传感器感应到时，硅熔汤通常已经熔穿了数层的绝缘材，因而外泄的硅熔汤此时已造成炉体内零件和结构上的损坏。因此，目前亟需一种能实时检测硅熔汤是否外泄的方法，以利在硅熔汤外泄的当下立即停止制程，来降低设备的损失。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种能实时检测硅熔汤是否外泄的方法。
本发明提供一种检测硅熔汤外泄的方法，其是利用硅熔汤与炉体内的石墨材反应时会额外产生较大量的一氧化碳或二氧化碳的现象，而藉由气体检测器检测炉体内的一氧化碳及/或二氧化碳含量变化的方式来实时检测硅熔汤是否外泄。故，运用本检测方法可在硅熔汤外泄的当下实时停止制程，而可大幅降低设备的损失。
根据本发明的上述目的，提出一种检测硅熔汤外泄的方法，适用于检测一炉体内的坩埚内的硅熔汤的外泄，其中坩埚的外围包覆有多个石墨板材。此检测硅熔汤外泄的方法包含下列步骤；利用一气体检测器进行一检测步骤，以检测炉体内的一氧化碳的含量或二氧化碳的含量。将坩埚的加热温度维持在一稳定状态时，所检测到的一氧化碳或二氧化碳的第一含量值作为一基准。进行一判断步骤，以判断硅熔汤是否自坩埚外泄。其中当后续所检测到的一氧化碳或二氧化碳的第二含量值相对于第一含量值呈一陡升状况时，判断硅熔汤外泄。
依据本发明的一实施例，上述进行检测步骤包含将气体检测器设置在炉体内。
依据本发明的另一实施例，上述进行检测步骤包含将气体检测器设置在一出气管路中，此出气管路与炉体的一气体出口连通。
依据本发明的又一实施例，上述的气体检测器包含一红外线光谱仪。
根据本发明的上述目的，另提出一种检测硅熔汤外泄的方法，适用于检测一炉体内的坩埚内的硅熔汤的外泄，其中坩埚的外围包覆有多个石墨板材。此检测硅熔汤外泄的方法包含下列步骤；利用一气体检测器进行一检测步骤，以检测炉体内的一氧化碳与二氧化碳的总含量。将该坩埚的加热温度维持在一稳定状态时，所检测到的一氧化碳与二氧化碳的第一总含量值作为一基准。进行一判断步骤，以判断硅熔汤是否自坩埚外泄。当后续所检测到的一氧化碳与二氧化碳的第二总含量值相对于第一总含量值呈一陡升状况时，判断硅熔汤外泄。
依据本发明的一实施例，上述进行检测步骤包含将气体检测器设置在炉体内。
依据本发明的另一实施例，上述进行检测步骤包含将气体检测器设置在一出气管路中，此出气管路与炉体的一气体出口连通。
依据本发明的又一实施例，上述的气体检测器包含一红外线光谱仪。
本发明的优点在于：因为本发明是利用硅熔汤与炉体内的石墨材反应时会额外产生较大量的一氧化碳或二氧化碳的现象，而藉由气体检测器检测炉体内的一氧化碳及/或二氧化碳含量变化的方式来实时检测硅熔汤是否外泄。因此，运用本检测方法可在硅熔汤外泄的当下实时停止制程，而可大幅降低设备的损失。
附图说明
为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：
图1是绘示依照本发明的一实施方式的一种长晶设备的装置示意图；
图2是绘示依照本发明的一实施方式的一种硅熔汤外泄情况下的长晶制
程时间与一氧化碳强度之间的关系示意图；
图3是绘示依照本发明的另一实施方式的一种长晶设备的装置示意图；其中，符号说明：
100a 长晶设备 100b 长晶设备
102 炉体 104 加热器
106 坩埚 108 石墨板材
110 支撑板 112 硅熔汤
114 气体出口 116 气体检测器
118 进气管路 120 出气管路
122 气体入口。
具体实施方式
当硅熔汤外泄，而与坩埚外的石墨材产生反应时，会额外产生大量的一氧化碳及/或二氧化碳。研究后发现，这样的现象产生可能是因为在长晶过程中炉体内含有氧成分，而长晶设备中的炉体、支撑板与绝缘材通常为石墨。其中，氧成分的主要来源为石英坩埚，微量的氧成分则来自硅原料。当外泄的硅熔汤接触到炉体、支撑板与绝缘材等石墨后，所可能产生的反应如下：
Si+SiO2→SiO(气态)
Si(熔融)+C→SiC(固态)
SiO(气态)+C→SiC(固态)+CO或SiC(固态)+CO2
O2+C→CO或CO2
因此，本发明利用此一现象，而在长晶过程中，藉由检测炉体内的一氧化碳及/或二氧化碳的含量变化的方式，来达到实时检测硅熔汤是否外泄的目的。
本发明中，进行检测硅熔汤外泄的方法时，可先配置好长晶设备。请参照图1，其是绘示依照本发明的一实施方式的一种长晶设备的装置示意图。在本实施方式中，长晶设备100a主要包含炉体102、一或数个加热器104、支撑板110、坩埚106、气体检测器116、与绝缘用的石墨板材108。而本实施方式的检测硅熔汤外泄的方法可适用于检测炉体102内的坩埚106内的硅原料经加热熔融后所形成的硅熔汤112是否自坩埚106外泄。
在长晶设备100a中，加热器104、支撑板110、坩埚106、气体检测器116与数个石墨板材108均设置在炉体102内。坩埚106设置在支撑板110上，而为支撑板110所承托。长晶的硅原料铺设在坩埚106内，以在坩埚106内进行长晶制程。加热器104可围设在坩埚106的周围，以对坩埚106内的硅原料进行加热处理，而使硅原料从固态而熔化成液态的硅熔汤112。石墨板材108则包覆在坩埚106的外围，以减缓坩埚106内的硅熔汤112的热散逸速率。
本实施方式的气体检测器116的至少一部分或全部是设置在炉体102内。气体检测器116的检测点可设置在炉体102的热场内的任一位置上，或者可设于炉体102内反应气体的气流会通过的任何地方。如此一来，可在利用长晶设备100a进行硅晶的成长时，同时利用气体检测器116来检测硅熔汤112是否有外泄的情况。
在本实施方式中，完成长晶设备100a的配置后，接着在硅晶成长过程中，利用气体检测器116来持续检测炉体102内的一氧化碳的含量及/或二氧化碳的含量。举例而言，可利用气体检测器116仅仅检测炉体102内的一氧化碳含量或二氧化碳含量；可同时检测一氧化碳含量与二氧化碳含量；或者，可检测一氧化碳与二氧化碳的总含量。
因此，在一实施例中，气体检测器116例如为可检测一氧化碳及/或二氧化碳的含量的仪器，此仪器可利用物理原理或化学原理来测量一氧化碳及/或二氧化碳的含量。在一示范例子中，气体检测器116可为红外线光谱仪。由于一些分子，例如一氧化碳分子与二氧化碳分子，会吸收特定波长的红外光辐射，并进而产生振动能级的跃迁，因此藉由检测红外线强度的变化，即可得知这些分子的含量。
由于在上述的反应式中，于炉体102内的氧含量不足时，一氧化碳会比二氧化碳有机会且较早生成，因此在以下的实施例中，是以所检测出的一氧化碳含量值来作为比对与判断的标的。然而，在其它实施例中，亦可以所检测出的二氧化碳含量值、或者一氧化碳与二氧化碳的总含量值，来作为比对与判断的标的。
接下来，当炉体102内的上方温度或下方温度高于硅原料的熔点的情况下，坩埚106内的硅原料会开始熔融而变成硅熔汤112。当加热器104对坩埚106及其内的硅原料的加热温度维持在一稳定状态时，可将气体检测器116此时所检测到的一氧化碳或二氧化碳的一含量值作为一基准。其中，此基准含量可视硅原料的含氧量而产生些微变化。
由于气体检测器116是持续对炉体102内的一氧化碳或二氧化碳的含量进行检测，因此可一直获得一氧化碳或二氧化碳的含量。此时，可比对气体检测器116后续所检测到的炉体102内的一氧化碳或二氧化碳的另一些含量值与基准含量值。随后，可根据比对结果，进行判断步骤，以判断硅熔汤112是否自坩埚106外泄而出。
在一实施例中，请一并参照图1与图2，其中图2是绘示依照本发明的一实施方式的一种硅熔汤外泄情况下的长晶制程时间与一氧化碳强度之间的关系示意图。在图2中，随着长晶制程的进行，气体检测器116持续检测炉体102内的一氧化碳含量，而进一步获得一氧化碳强度的变化。在此实施例中，当后续所检测到的一氧化碳的含量值相对于含量基准值呈如图2所示的陡升状况时，可判断硅熔汤112恐有外泄的情形发生。在另一实施例中，若后续检测到的一氧化碳或二氧化碳的含量值于短时间内出现大量且持续增加的变化情况，即可判断硅熔汤112恐已有外泄的情形发生。
在上述的实施方式中，气体检测器116是设置在炉体102内。然而，气体检测器116也可不装设于炉体102内。请参照图3，其是绘示依照本发明的另一实施方式的一种长晶设备的装置示意图。长晶设备100b的架构大致上与长晶设备100a的架构相同，二者的主要差异在于长晶设备100b的气体检测器116并非如同长晶设备100a般是装设在炉体102内。
长晶设备100b包含至少一进气管路118与至少一出气管路120。其中，进气管路118和出气管路120分别与炉体102的气体入口122和气体出口114连通。而长晶设备100b的气体检测器116是装设在炉体102内的气氛可达的炉体102外的出气管路120中，如图3所示。
在本发明中，长晶设备100a与100b更可设有警报装置(未绘示)，其中此警报装置可与气体检测器116电性连通，以接收气体检测器116传来的警讯。当气体检测器116所检测到的一氧化碳含量、二氧化碳含量、或一氧化碳与二氧化碳的总含量有明显增加时，可发出硅熔汤112可能外泄的警讯。此警讯可传送至警报装置，警报装置可实时发出警报，以利在线工作人员判断是否停止长晶程序的进行。
由上述的实施方式可知，本发明的优点就是因为本发明是利用硅熔汤与炉体内的石墨材反应时会额外产生较大量的一氧化碳或二氧化碳的现象，而藉由气体检测器检测炉体内的一氧化碳及/或二氧化碳含量变化的方式来实时检测硅熔汤是否外泄。因此，运用本检测方法可在硅熔汤外泄的当下实时停止制程，而可大幅降低设备的损失。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何在此技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (8)
1.一种检测硅熔汤外泄的方法，适用于检测一炉体内的坩埚内的硅熔汤的外泄，其中所述坩埚的外围包覆有多个石墨板材，所述检测硅熔汤外泄的方法包含：
利用一气体检测器进行一检测步骤，以检测所述炉体内二氧化碳的含量；
将所述坩埚的加热温度维持在一稳定状态时，所检测到二氧化碳的第一含量值作为一基准；以及
进行一判断步骤，以判断所述硅熔汤是否自该坩埚外泄，
其中当后续所检测到二氧化碳的第二含量值相对于第一含量值呈一陡升状况时，判断所述硅熔汤外泄。
2.如权利要求1所述的检测硅熔汤外泄的方法，其中进行检测步骤包含将所述气体检测器设置在所述炉体内。
3.如权利要求1所述的检测硅熔汤外泄的方法，其中进行检测步骤包含将所述气体检测器设置在一出气管路中，所述出气管路与所述炉体的一气体出口连通。
4.如权利要求1所述的检测硅熔汤外泄的方法，其中所述气体检测器为一红外线光谱仪。
5.一种检测硅熔汤外泄的方法，适用于检测一炉体内的坩埚内的硅熔汤的外泄，其中所述坩埚的外围包覆有多个石墨板材，所述检测硅熔汤外泄的方法包含：
利用一气体检测器进行一检测步骤，以检测所述炉体内的一氧化碳与二氧化碳的总含量；
将所述坩埚的加热温度维持在一稳定状态时，所检测到的一氧化碳与二氧化碳的第一总含量值作为一基准；以及
进行一判断步骤，以判断所述硅熔汤是否自所述坩埚外泄，
其中当后续所检测到的一氧化碳与二氧化碳的第二总含量值相对于第一总含量值呈一陡升状况时，判断所述硅熔汤外泄。
6.如权利要求5所述的检测硅熔汤外泄的方法，其中进行检测步骤包含将所述气体检测器设置在所述炉体内。
7.如权利要求5所述的检测硅熔汤外泄的方法，其中进行检测步骤包含将所述气体检测器设置在一出气管路中，所述气体管路与所述炉体的一出气管路连通。
8.如权利要求5所述的检测硅熔汤外泄的方法，其中所述气体检测器为一红外线光谱仪。
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