JP2012516276A - シリコン堆積炉内のシリコンロッドの温度及び厚さの成長を測定する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、シリコン堆積炉の外側に設置されているパイロメーターによってこのシリコン堆積炉内のシリコンロッドの温度及び厚さの成長を測定する装置に関する。本発明の課題は、全ての堆積工程を通じて当該温度及び当該層の厚さの連続する測定を十分な精度で可能にする装置を提供することにある。
【解決手段】
この課題は、非接触式に動作する温度測定装置４が温度測定のために設けられていて且つ前記シリコン堆積炉の外側でのぞき窓２の前方に配置されていること及び前記温度測定装置４が回転駆動装置９によって旋回軸線５周りに水平に旋回され得、この旋回軸線５が前記シリコンロッド１の長手軸線に対して平行に移動し、前記温度測定装置のこの長手軸線６が前記旋回軸線５を通過することによって解決される。

Description

本発明は、シリコン堆積炉の外側に設置されている温度測定装置によって当該炉内のシリコンロッドの温度及び厚さの成長を測定する装置及び方法に関する。

多結晶シリコンを製造する工程は、ガス状のトリクロロシランを水素と一緒に真空炉に通過させる方法に基づく。この真空炉内では、細いシリコンロッドが、原材料として前もって配置されていて、１１００℃の温度に電気加熱される。この方法は、いわゆるシーメンス法と呼ばれる。この場合、シリコンの溶融温度に達しないように、厳格に配慮を払う必要がある。この場合、シリコンが、トリクロロシランからの化学反応中に析出されることによって、当該シリコンが、シリコンロッド上に堆積される。次いで、こうして作られた多結晶シリコンの柱が、さらなる工程に対して得られる。

当該柱は、光起電産業用に再度比較的小さい塊に破断され、次いで水晶坩堝内で溶融され、必要に応じて単結晶又は多結晶のブロックに再形成される。次いで、ソーラーモジュール用のブランクが、当該ブロックから製造される。

この工程における重要な要素は、被覆工程中のシリコン堆積炉内の細いシリコンロッドの温度制御である。この被覆工程中では、温度が、約１１００℃の予め設定された範囲内に維持される必要がある。シリコンロッドを破砕させ、堆積工程を停止させる適正温度を超えた温度になった場合やシリコンを最適に堆積させない過度に低い温度の場合は、この被覆工程を停止することが絶対に必要である。

これらの条件に対応する１つの可能な方法は、連続する手動の目視検査である。この目視検査は、非常に複雑であり且つ堆積工程の少なくとも最初の数時間にわたって実施する必要がある。

１つ又はより多くののぞき窓が、この目的のためにシリコン堆積炉内に設置されていて、手動の目視及び個人の判断によるおおよその値の観察を可能にする。当該観察は、その間ずっと実施する必要があり、当然に再現可能で十分に信頼のおける結果を招かない。このことは、致命的結末であって公称温度を一時的に超えることに起因しうる。

本発明の課題は、シリコン堆積炉内のシリコンロッドの温度及び厚さの成長を測定する装置及び方法を提供して、全堆積工程にわたる当該温度及び当該厚さの成長の十分に正確な連続測定を可能にすることにある。

本発明のこの課題は、非接触式に動作する温度測定装置が温度測定のために設けられていて且つシリコン堆積炉の外側でのぞき窓の前方に配置されていること、及び、温度測定装置が回転駆動装置によって旋回軸線周りに水平に旋回され得、この旋回軸線がシリコンロッドの長手軸線に対して平行に移動し、当該温度測定装置のこの長手軸線が当該旋回軸線を通過することによって解決される。シリコンロッドから発生する熱放射が、この工程中に測定される。

本発明の１つの改良では、旋回軸線が、シリコン堆積炉の炉壁の外側でのぞき窓の前方に設置されている。

本発明の１つの別の実施の形態では、旋回軸線が、のぞき窓の後方のシリコン堆積炉の内部に配置されている結果、シリコン堆積炉内のより広い旋回範囲を記録することを可能にする。

さらに、のぞき窓は、液体冷却を施すことによって冷却される。この液体冷却から生じる温度測定の悪影響が、計算だけによって補正され得る。

特別な改良では、回転可能な偏光フィルタが、温度測定装置とのぞき窓との間に配置されているか又は少なくとも温度測定装置の前方に配置されている。当該配置は、シリコン堆積炉の内壁上の反射を遮蔽すること又は最小限にすることを可能にする。このことは、不正確な測定を回避することを可能にする結果、測定精度を向上させる。

本発明のさらなる改良では、温度測定装置が、パイロメーターである。このパイロメーターの測定データが、さらなる工程のために記憶されてモニター上に表示される。この場合、より良好な測定情報の提供を実現するため、測定点が、モニター上に表示されたデータ上に合成表示され得る。

温度測定装置は、赤外線カメラでもよい。この赤外線カメラは、旋回可能であり且つ可能であれば固定されてもよい。この場合、測定データ、すなわち測定中の温度の変化と全ての角度にわたる温度の変化との双方が、電子工学的に評価される。

さらに、温度測定装置は、のぞき窓の後方で旋回軸線を位置決めするための回転駆動装置に連結されている。この回転駆動装置は、管状連結スタブの下に設置されている。この管状連結スタブは、炉壁から突出している。のぞき窓が、この炉壁内に設置されている。

本発明の当該装置は、堆積炉用に又はその他の熱被覆工程のために有益に使用され得る。

本発明の課題は、シリコン堆積炉内の細いシリコンロッドの温度及び厚さの成長を測定することによって解決され、
−複数の細いシリコンロッドをシリコン堆積炉内に配置し、酸素を除去し、これらの細いシリコンロッドを電気回路内に組み込むことによって堆積工程を開始し、トリクロロシランを前記シリコン堆積炉内に導入し、
−前記シリコン堆積炉の外側に設置されている温度測定装置によってこれらの細いシリコンロッドを走査し、これらの細いシリコンロッドのうちの１つの細いシリコンロッドを選択し、パイロメーターを当該選択された細いシリコンロッドに焦点合わせし、
−突然の明暗の変化が確認されるまで、前記パイロメーターを水平に旋回させることによって、及び、さらなる突然の明暗の変化が確認されるまで、前記パイロメーターを反対の旋回方向に旋回させることによって、時間に対してプロットされた温度曲線を記録すると同時に厚さの成長を測定し、
−当該被覆された細いシリコンロッドの直径をその旋回角度から計算し、
−当該厚さの成長の測定を間隔をおいて繰り返し、当該被覆されたシリコンロッドが、所定の厚さに達した後に前記堆積工程を終了することによっても解決される。

この場合、当該間隔は、零でもよい。すなわち、測定が、中断なしに実施される。又は、当該間隔は、離散値を採用してもよい。その結果、測定が、所定の間隔で実施可能になる。

薄いシリコンロッドが、電気回路内に組み込まれた後に、のぞき窓に最も近く設置されている１つのシリコンロッドが優先して選択される。

本発明の特別な改良では、走査工程の開始前にシリコン堆積炉の内壁上に存在しうる反射が、偏光フィルタによって遮蔽される。すなわち、反射が消滅するか又は少なくとも低減されるまで、この偏光フィルタが回転される。

本発明の装置は、熱に依存する層の成長を伴う堆積炉に対して有益に使用され得る。

本発明の特別な利点は、被覆工程が自動的な温度検出及び厚さ測定を伴う開始から実施され得る結果、この堆積工程を停止させる適正温度の超過を回避することを可能にする。さらに、当該自動的な温度検出及び厚さ測定は、最適でない層の堆積を招く過度に低い温度を回避することを可能にする。

さらに、当該被覆工程が最適化されている。すなわち、シリコンロッドが、所定の厚さに達した時に、この被覆工程が終了され得る。さらに、媒体の使用が最適化される。すなわち、ガス処理工程が、達成されるロッドの直径によって自動的に制御され得る。何故なら、何故なら、シリコンロッドの厚さが、一定の厚さの成長で増大するにつれて、これに応じてより多くのトリクロロシランが供給されなければならないからである。

本発明の装置は、シリコンロッドの外側の円周上の突然の大きい変化を利用して、堆積の厚さ及び層の厚さの増大を問題なく正確に測定することを可能にする。

シリコンロッドの温度を測定する本発明の装置の概略平面図である。 図１中に示された装置と異なる実施の形態の概略平面図である。この図では、温度測定装置の旋回軸線が、のぞき窓の後方に設置されている。 偏光フィルタが追加されている図２中に示された装置と異なる実施の形態の概略平面図である。

以下に、本発明を実施の形態を参照してさらに詳しく説明する。

図１によれば、炉壁３内ののぞき窓２越しにシリコン堆積炉内のシリコンロッド１の温度を測定する装置が、非接触式に動作する温度測定装置４を有する。この温度測定装置４は、旋回軸線５周りに旋回され得る。この旋回軸線５は、シリコンロッド１の長手軸線６に対して平行に移動する。さらに、温度測定装置４の長手軸線６が、旋回軸線５を通過する。

図１は、シリコンロッド１を、特に細いシリコンロッド１ａ及び堆積工程の終了後のシリコンロッド１ｂとしての２つの状態で示す。

図１中に示された実施の形態では、旋回軸線５が、シリコン堆積炉の炉壁３の外側でのぞき窓２の前方に設置されている。こののぞき窓２は、管状連結スタブ８内に収容されている。この管状連結スタブ８は、炉壁３から突出している。

回転駆動装置９としてのモーター調整部が、温度測定装置４を旋回駆動させるために設けられている。

本発明の装置は、シリコンロッド１を持続して又は時間間隔をあけて堆積工程中に簡単に走査して、温度及び厚さの成長を正確に測定することを可能にする。シリコンロッド１の幅にわたる走査が可能であるので、シリコンロッド１の厚さの成長が、このシリコンロッド１の側面縁部の突然の温度変化に基づいて堆積工程中に連続して検査され得る。

当該検査は、媒体の使用を最適にすることを可能にする。すなわち、ガス処理工程が、達成されたシリコンロッドの直径に自動的に適合され得る。何故なら、シリコンロッドの厚さが、一定の厚さの成長で増大するにつれて、これに応じてより多くのトリクロロシランが供給されなければならないからである。したがって、当該ガス処理工程は、要求される最低限の量のトリクロロシランで開始され得る。この場合、当該量は、シリコンロッドの増大する直径に適合され得る。

達成された厚さは、旋回軸線５とシリコンロッド１との間の距離及び測定された旋回角度から計算され得る。

図２は、本発明の別の実施の形態の概略平面図である。この別の実施の形態では、旋回軸線５が、のぞき窓２の後方に設置されている、すなわちシリコン堆積炉の内部に設置されている。したがって、より大きい旋回角度を達成することを可能にする。

旋回軸線５をのぞき窓の後方に設置するため、温度測定装置４が、のぞき窓の下に設置されている回転駆動装置９に連結されている。

パイロメーターが、温度測定装置４として使用するために特に適する。このパイロメーターの測定データが、記憶されモニター上に表示され得る。表示されたデータ及び限界値をより良好に説明するため、測定点が、モニター上に合成表示され得る。

パイロメーターの代わりに、赤外線カメラが使用されてもよく、適切にプログラミングされている場合は、固定して配置されてもよい。

回転可能な偏光フィルタ２．１が、パイロメーターとのぞき窓２との間に配置され得る。したがって、炉の内壁上の邪魔をする反射が消滅するか又は最小限になるまで、当該偏光フィルタ２．１を適切に回転させることによって当該反射を遮蔽すること又は少なくとも当該反射を最小限にすることを可能にする（図３）。このことは、特に高い測定精度を達成することを可能にする。

本発明の装置は、シリコン堆積炉内の細いシリコンロッドの温度及び厚さの成長を測定する自動化された方法を可能にする。

この目的のため、最初に、シリコンロッド１．１が、シリコン堆積炉内に配置される。そして、酸素が、このシリコン堆積炉から除去される。次いで、堆積工程が、細いシリコンロッド１．１を電気回路内に組み込み、トリクロロシランを導入することによって開始され得る。当該細いシリコンロッド１．１は、約１１００℃の温度、すなわち堆積温度に電気加熱される。

次いで、当該細いシリコンロッド１．１は、温度測定装置４、例えばパイロメーターによって走査される。この温度測定装置４は、シリコン堆積炉の外側に設置されている。これらの細いシリコンロッド１．１のうちの１つの細いシリコンロッド１．１が選択され、当該温度測定装置４が、この細いシリコンロッド１．１に焦点合わせされる。

次いで、突然の明暗の変化が確認されるまで、温度測定装置４を水平に旋回させることによって、及び、さらなる突然の明暗の変化が確認されるまで、温度測定装置４を反対の旋回方向に旋回させることによって、温度曲線が絶えず記録され、当該細いシリコンロッド１．１の厚さの成長が、当該記録と同時に又は当該記録の後に測定される。次いで、被覆された当該シリコンロッド１．１の直径が、旋回軸線とシリコンロッドとの間の距離及び測定された旋回角度から容易に計算され得る。

当該測定工程の精度を向上させるため、走査工程の開始前のシリコン堆積炉の内壁上の反射が遮蔽されなければならない。当該遮蔽は、偏光フィルタによって実施され得る、すなわち反射が消滅するか又は少なくとも低減されるまで、この偏光フィルタを回転させることによって実施され得る。

被覆される細いシリコンロッド１．２が、所定の厚さに達した直後に、シリコン堆積工程が終了するように、厚さの成長は、同一の時間間隔で又は連続して測定される。

原理的には、当然に、複数の細いシリコンロッド１．１を一定のサイクルで互い違いに測定することも可能である。

本発明の方法は、一方では臨界温度を決して越えないことを保証する一方で、他方ではシリコンロッドが公称厚さに達した時に、堆積工程を停止する能力によってこの堆積工程を最適化することを保証する。

原理的には、温度測定装置４を水平な軸線の周りに旋回させることも可能である。この水平な軸線は、好ましくはのぞき窓の後方に設置されなければならない。当該設置は、温度測定装置４を下方又は上方に少し旋回させることによって対向する炉壁からの反射を遮蔽することを可能にする。

１ シリコンロッド
１．１ 細いシリコンロッド
１．２ 堆積の終了後のシリコンロッド
２ のぞき窓
２．１ 偏光フィルタ
３ 炉壁
４ 温度測定装置
５ 旋回軸線
６ 長手軸線
７ 回転角度
８ 管状連結スタブ
９ 回転駆動装置

Claims (17)

1. のぞき窓越しにシリコン堆積炉内のシリコンロッドの温度及び厚さの成長を測定する装置において、
   非接触式に動作する温度測定装置（４）が、温度測定のために設けられていて且つ前記シリコン堆積炉の外側でのぞき窓（２）の前方に配置されていること、及び、前記温度測定装置（４）が、回転駆動装置（９）によって旋回軸線（５）周りに水平に旋回され得、この旋回軸線（５）が、前記シリコンロッド（１）の長手軸線に対して平行に移動し、前記温度測定装置のこの長手軸線（６）が、前記旋回軸線（５）を通過することを特徴とする装置。
2. 前記旋回軸線（５）は、前記シリコン堆積炉の炉壁（３）の外側で前記のぞき窓（２）の前方に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記旋回軸線（５）は、前記シリコン堆積炉の内部で前記のぞき窓（２）の後方に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記のぞき窓（２）は、冷却されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記のぞき窓（２）は、液体冷却が施されていることを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 回転可能な偏光フィルタ（２．１）が、前記温度測定装置（４）と前記のぞき窓（２）との間に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記温度測定装置（４）は、パイロメーターであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記パイロメーターの測定データが、記憶装置内に記憶され、モニター上に表示されることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 測定点が、前記モニター上に表示されたデータ上に合成表示されることを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 前記測定装置（４）は、赤外線カメラであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
11. 前記赤外線カメラは、固定されていることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 前記旋回軸線（５）を位置決めするため、前記温度測定装置（４）は、前記のぞき窓（２）の後方の回転駆動装置（９）に連結されていて、この回転駆動装置（９）は、前記のぞき窓（２）の下に設置されていて、こののぞき窓（２）は、前記炉壁（３）上に設置された管状連結スラブ（８）内に配置されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置。
13. 前記装置は、堆積炉用に又はその他の熱被覆工程のために使用される請求項１〜１０のいずれか１項に記載の当該装置。
14. シリコン堆積炉内の細いシリコンロッドの温度及び厚さの成長を測定する方法において、
    複数の細いシリコンロッドをシリコン堆積炉内に配置し、酸素を除去し、これらの細いシリコンロッド（１．１）を電気回路内に組み込むことによって堆積工程を開始し、トリクロロシランを導入し、
    前記シリコン堆積炉の外側に設置されている温度測定装置（４）によってこれらの細いシリコンロッド（１．１）を走査し、これらの細いシリコンロッド（１．１）のうちの１つの細いシリコンロッドを選択し、前記温度測定装置を当該選択された細いシリコンロッド（１．１）に焦点合わせし、
    突然の明暗の変化が確認されるまで、前記温度測定装置（４）を水平に旋回させることによって、及び、さらなる突然の明暗の変化が確認されるまで、前記温度測定装置（４）を反対の旋回方向に旋回させることによって、時間に対してプロットされた温度曲線を記録すると同時に厚さの成長を測定し、
    当該被覆された細いシリコンロッドの直径を、その旋回角度及び前記旋回軸線（５）と前記シリコンロッド（１）との間の距離から計算し、
    当該厚さの成長の測定を間隔をおいて繰り返し、当該被覆されたシリコンロッド（１．２）が、所定の厚さに達した後に前記堆積工程を終了することを特徴とする方法。
15. 前記間隔は、零以上であることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 複数の細いシリコンロッド（１．１）が、選択されて一定のサイクルで互い違いに測定されることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の方法。
17. 走査工程の開始前の前記シリコン堆積炉の内壁上の反射が、偏光フィルタによって遮蔽されることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の方法。

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