TW201432238A - 偵測矽熔湯外洩之方法 - Google Patents

Abstract

一種偵測矽熔湯外洩之方法，適用以偵測爐體內之坩堝內之矽熔湯的外洩，此坩堝之外圍包覆有複數個石墨板材。此偵測矽熔湯外洩之方法包含下列步驟。利用氣體偵測器進行偵測步驟，以偵測爐體內之一氧化碳之含量或二氧化碳之含量。將坩堝之加熱溫度維持在穩定狀態時，所偵測到之一氧化碳或二氧化碳之第一含量值作為一基準。進行判斷步驟，以判斷矽熔湯是否自坩堝外洩。當後續所偵測到之一氧化碳或二氧化碳之第二含量值相對於第一含量值呈陡升狀況時，判斷矽熔湯外洩。

Description

偵測矽熔湯外洩之方法

本發明是有關於一種偵測方法，且特別是有關於一種偵測矽熔湯外洩之方法。

矽的長晶製程通常係在爐體內部之坩堝中進行。進行長晶時，先將矽料鋪設在坩堝內，再利用設置於爐體內的加熱器來加熱矽晶材料。然而，有時可能因坩堝品質不佳、或者矽料裝填不當，而容易在長晶過程中造成坩堝破裂的情況。坩堝的破裂更會導致矽熔湯外洩。

由於，矽熔湯外洩將嚴重損毀爐體內零件與結構，而導致製程成本的大幅提升。因此，目前採取溫度異常變化或加熱器功率異常變化的方式，來偵測矽熔湯是否外洩。在此種方式中，當矽熔湯外洩時，溫度感應器感受到外洩之矽熔湯所散發之熱，而進一步促使加熱器之功率調降。因而，此一現象的發生可做為矽熔湯是否外洩的判斷標準。

然而，當矽熔湯外洩且滲透到可讓溫度感測器感應到時，矽熔湯通常已經熔穿了數層的絕緣材，因而外洩的矽熔湯此時已造成爐體內零件和結構上的損壞。因此，目前亟需一種能即時偵測矽熔湯是否外洩的方法，以利在矽 熔湯外洩的當下立即停止製程，來降低設備的損失。

因此，本發明之一態樣就是在提供一種偵測矽熔湯外洩之方法，其係利用矽熔湯與爐體內之石墨材反應時會額外產生較大量之一氧化碳或二氧化碳的現象，而藉由氣體偵測器偵測爐體內之一氧化碳及/或二氧化碳含量變化的方式來即時偵測矽熔湯是否外洩。故，運用本偵測方法可在矽熔湯外洩的當下即時停止製程，而可大幅降低設備的損失。

根據本發明之上述目的，提出一種偵測矽熔湯外洩之方法，適用以偵測一爐體內之一坩堝內之一矽熔湯的外洩，其中坩堝之外圍包覆有複數個石墨板材。此偵測矽熔湯外洩之方法包含下列步驟。利用一氣體偵測器進行一偵測步驟，以偵測爐體內之一氧化碳之含量或二氧化碳之含量。將坩堝之一加熱溫度維持在一穩定狀態時，所偵測到之一氧化碳或二氧化碳之一第一含量值作為一基準。進行一判斷步驟，以判斷矽熔湯是否自坩堝外洩。其中當後續所偵測到之一氧化碳或二氧化碳之一第二含量值相對於第一含量值呈一陡升狀況時，判斷矽熔湯外洩。

依據本發明之一實施例，上述進行偵測步驟包含將氣體偵測器設置在爐體內。

依據本發明之另一實施例，上述進行偵測步驟包含將氣體偵測器設置在一出氣管路中，此出氣管路與爐體之一氣體出口連通。

依據本發明之又一實施例，上述之氣體偵測器包含一紅外線光譜儀。

根據本發明之上述目的，另提出一種偵測矽熔湯外洩之方法，適用以偵測一爐體內之一坩堝內之一矽熔湯的外洩，其中坩堝之外圍包覆有複數個石墨板材。此偵測矽熔湯外洩之方法包含下列步驟。利用一氣體偵測器進行一偵測步驟，以偵測爐體內之一氧化碳與二氧化碳之總含量。將該坩堝之一加熱溫度維持在一穩定狀態時，所偵測到之一氧化碳與二氧化碳之一第一總含量值作為一基準。進行一判斷步驟，以判斷矽熔湯是否自坩堝外洩。當後續所偵測到之一氧化碳與二氧化碳之一第二總含量值相對於第一總含量值呈一陡升狀況時，判斷矽熔湯外洩。

依據本發明之一實施例，上述進行偵測步驟包含將氣體偵測器設置在爐體內。

依據本發明之另一實施例，上述進行偵測步驟包含將氣體偵測器設置在一出氣管路中，此出氣管路與爐體之一氣體出口連通。

依據本發明之又一實施例，上述之氣體偵測器包含一紅外線光譜儀。

100a‧‧‧長晶設備

100b‧‧‧長晶設備

102‧‧‧爐體

104‧‧‧加熱器

106‧‧‧坩堝

108‧‧‧石墨板材

110‧‧‧支撐板

112‧‧‧矽熔湯

114‧‧‧氣體出口

116‧‧‧氣體偵測器

118‧‧‧進氣管路

120‧‧‧出氣管路

122‧‧‧氣體入口

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種長晶設 備之裝置示意圖。

第2圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種矽熔湯外洩情況下之長晶製程時間與一氧化碳強度之間的關係示意圖。

第3圖係繪示依照本發明之另一實施方式的一種長晶設備之裝置示意圖。

當矽熔湯外洩，而與坩堝外之石墨材產生反應時，會額外產生大量的一氧化碳及/或二氧化碳。研究後發現，這樣的現象產生可能是因為在長晶過程中爐體內含有氧成分，而長晶設備中之爐體、支撐板與絕緣材通常為石墨。其中，氧成分的主要來源為石英坩堝，微量的氧成分則來自矽原料。當外洩之矽熔湯接觸到爐體、支撐板與絕緣材等石墨後，所可能產生的反應如下：Si+SiO₂ → SiO(氣態)

Si(熔融)+C → SiC(固態)

SiO(氣態)+C → SiC(固態)+CO或SiC(固態)+CO₂

O₂+C → CO或CO₂

因此，本發明利用此一現象，而在長晶過程中，藉由偵測爐體內之一氧化碳及/或二氧化碳之含量變化的方式，來達到即時偵測矽熔湯是否外洩的目的。

本發明中，進行偵測矽熔湯外洩之方法時，可先配置好長晶設備。請參照第1圖，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種長晶設備之裝置示意圖。在本實施方式 中，長晶設備100a主要包含爐體102、一或數個加熱器104、支撐板110、坩堝106、氣體偵測器116、與絕緣用之石墨板材108。而本實施方式之偵測矽熔湯外洩之方法可適用以偵測爐體102內之坩堝106內之矽原料經加熱熔融後所形成之矽熔湯112是否自坩堝106外洩。

在長晶設備100a中，加熱器104、支撐板110、坩堝106、氣體偵測器116與數個石墨板材108均設置在爐體102內。坩堝106設置在支撐板110上，而為支撐板110所承托。長晶之矽原料鋪設在坩堝106內，以在坩堝106內進行長晶製程。加熱器104可圍設在坩堝106之周圍，以對坩堝106內之矽原料進行加熱處理，而使矽原料從固態而熔化成液態的矽熔湯112。石墨板材108則包覆在坩堝106之外圍，以減緩坩堝106內之矽熔湯112的熱散逸速率。

本實施方式之氣體偵測器116之至少一部分或全部係設置在爐體102內。氣體偵測器116的偵測點可設置在爐體102之熱場內的任一位置上，或者可設於爐體102內反應氣體之氣流會通過之任何地方。如此一來，可在利用長晶設備100a進行矽晶的成長時，同時利用氣體偵測器116來偵測矽熔湯112是否有外洩的情況。

在本實施方式中，完成長晶設備100a的配置後，接著在矽晶成長過程中，利用氣體偵測器116來持續偵測爐體102內之一氧化碳的含量及/或二氧化碳的含量。舉例而言，可利用氣體偵測器116僅僅偵測爐體102內之一氧化碳含量或二氧化碳含量；可同時偵測一氧化碳含量與二 氧化碳含量；或者，可偵測一氧化碳與二氧化碳之總含量。

因此，在一實施例中，氣體偵測器116例如為可偵測一氧化碳及/或二氧化碳之含量的儀器，此儀器可利用物理原理或化學原理來測量一氧化碳及/或二氧化碳之含量。在一示範例子中，氣體偵測器116可為紅外線光譜儀。由於一些分子，例如一氧化碳分子與二氧化碳分子，會吸收特定波長的紅外光輻射，並進而產生振動能級的躍遷，因此藉由偵測紅外線強度的變化，即可得知這些分子之含量。

由於在上述之反應式中，於爐體102內之氧含量不足時，一氧化碳會比二氧化碳有機會且較早生成，因此在以下之實施例中，係以所偵測出之一氧化碳含量值來作為比對與判斷的標的。然，在其他實施例中，亦可以所偵測出之二氧化碳含量值、或者一氧化碳與二氧化碳之總含量值，來作為比對與判斷的標的。

接下來，當爐體102內之上方溫度或下方溫度高於矽原料之熔點的情況下，坩堝106內之矽原料會開始熔融而變成矽熔湯112。當加熱器104對坩堝106及其內之矽原料的加熱溫度維持在一穩定狀態時，可將氣體偵測器116此時所偵測到之一氧化碳或二氧化碳之一含量值作為一基準。其中，此基準含量可視矽原料之含氧量而產生些微變化。

由於氣體偵測器116係持續對爐體102內的一氧化碳或二氧化碳的含量進行偵測，因此可一直獲得一氧化碳 或二氧化碳的含量。此時，可比對氣體偵測器116後續所偵測到之爐體102內的一氧化碳或二氧化碳的另一些含量值與基準含量值。隨後，可根據比對結果，進行判斷步驟，以判斷矽熔湯112是否自坩堝106外洩而出。

在一實施例中，請一併參照第1圖與第2圖，其中第2圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種矽熔湯外洩情況下之長晶製程時間與一氧化碳強度之間的關係示意圖。在第2圖中，隨著長晶製程的進行，氣體偵測器116持續偵測爐體102內之一氧化碳含量，而進一步獲得一氧化碳強度的變化。在此實施例中，當後續所偵測到之一氧化碳之含量值相對於含量基準值呈如第2圖所示之陡升狀況時，可判斷矽熔湯112恐有外洩的情形發生。在另一實施例中，若後續偵測到之一氧化碳或二氧化碳之含量值於短時間內出現大量且持續增加的變化情況，即可判斷矽熔湯112恐已有外洩的情形發生。

在上述之實施方式中，氣體偵測器116係設置在爐體102內。然而，氣體偵測器116可不裝設於爐體102內。請參照第3圖，其係繪示依照本發明之另一實施方式的一種長晶設備之裝置示意圖。長晶設備100b之架構大致上與長設備100a之架構相同，二者的主要差異在於長晶設備100b之氣體偵測器116並非如同長晶設備100a般係裝設在爐體102內。

長晶設備100b包含至少一進氣管路118與至少一出氣管路120。其中，進氣管路118和出氣管路120分別與 爐體102之氣體入口122和氣體出口114連通。而長晶設備100b之氣體偵測器116是裝設在爐體102內之氣氛可達之爐體102外的出氣管路120中，如第3圖所示。

在本發明中，長晶設備100a與100b更可設有警報裝置(未繪示)，其中此警報裝置可與氣體偵測器116電性連通，以接收氣體偵測器116傳來的警訊。當氣體偵測器116所偵測到之一氧化碳含量、二氧化碳含量、或一氧化碳與二氧化碳的總含量有明顯增加時，可發出矽熔湯112可能外洩的警訊。此警訊可傳送至警報裝置，警報裝置可即時發出警報，以利線上工作人員判斷是否停止長晶程序的進行。

由上述之實施方式可知，本發明之優點就是因為本發明係利用矽熔湯與爐體內之石墨材反應時會額外產生較大量之一氧化碳或二氧化碳的現象，而藉由氣體偵測器偵測爐體內之一氧化碳及/或二氧化碳含量變化的方式來即時偵測矽熔湯是否外洩。因此，運用本偵測方法可在矽熔湯外洩的當下即時停止製程，而可大幅降低設備的損失。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100a‧‧‧長晶設備

102‧‧‧爐體

104‧‧‧加熱器

106‧‧‧坩堝

108‧‧‧石墨板材

110‧‧‧支撐板

112‧‧‧矽熔湯

116‧‧‧氣體偵測器

Claims (8)

1. 一種偵測矽熔湯外洩之方法，適用以偵測一爐體內之一坩堝內之一矽熔湯的外洩，其中該坩堝之外圍包覆有複數個石墨板材，該偵測矽熔湯外洩之方法包含：利用一氣體偵測器進行一偵測步驟，以偵測該爐體內之一氧化碳之含量或二氧化碳之含量；將該坩堝之一加熱溫度維持在一穩定狀態時，所偵測到之該一氧化碳或該二氧化碳之一第一含量值作為一基準；以及進行一判斷步驟，以判斷該矽熔湯是否自該坩堝外洩，其中當後續所偵測到之該一氧化碳或該二氧化碳之一第二含量值相對於該第一含量值呈一陡升狀況時，判斷該矽熔湯外洩。
2. 如請求項1所述之偵測矽熔湯外洩之方法，其中進行該偵測步驟包含將該氣體偵測器設置在該爐體內。
3. 如請求項1所述之偵測矽熔湯外洩之方法，其中進行該偵測步驟包含將該氣體偵測器設置在一出氣管路中，該出氣管路與該爐體之一氣體出口連通。
4. 如請求項1所述之偵測矽熔湯外洩之方法，其中該氣體偵測器包含一紅外線光譜儀。
5. 一種偵測矽熔湯外洩之方法，適用以偵測一爐體內之一坩堝內之一矽熔湯的外洩，其中該坩堝之外圍包覆有複數個石墨板材，該偵測矽熔湯外洩之方法包含：利用一氣體偵測器進行一偵測步驟，以偵測該爐體內之一氧化碳與二氧化碳之總含量；將該坩堝之一加熱溫度維持在一穩定狀態時，所偵測到 之該一氧化碳與該二氧化碳之一第一總含量值作為一基準；以及進行一判斷步驟，以判斷該矽熔湯是否自該坩堝外洩，其中當後續所偵測到之該一氧化碳與該二氧化碳之一第二總含量值相對於該第一總含量值呈一陡升狀況時，判斷該矽熔湯外洩。
6. 如請求項5所述之偵測矽熔湯外洩之方法，其中進行該偵測步驟包含將該氣體偵測器設置在該爐體內。
7. 如請求項5所述之偵測矽熔湯外洩之方法，其中進行該偵測步驟包含將該氣體偵測器設置在一出氣管路中，該氣體管路與該爐體之一出氣管路連通。
8. 如請求項5所述之偵測矽熔湯外洩之方法，其中該氣體偵測器包含一紅外線光譜儀。