TW527450B - Method and apparatus for preparing molten silicon melt from polycrystalline silicon charge - Google Patents

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527450 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（1 ) 背景 , 本發明係概略地關於單晶石夕之生產，而更特定― 關於自多晶矽製備熔融矽熔物之方法及裝冒 。<，係 大部份用於微電子電路製造之單晶矽係二由 (一雜)法製成。於此方法中，單晶 述方式產生’在坩堝中熔解多晶矽，將種 二由下 以足以達成鑄錠所需直徑之方式抽 :’各融矽， 、？田4又種晶，及使罝曰 二、 且徑生長。用以熔解形成熔融矽之多晶矽，血刑上：：该 S_ns法製成之不規則碎塊狀多晶碎，或者是二：：： 體化床反應方法製成之自由流動大致呈球形之:狀； 砰塊型式多晶碎通人„之最初裝填及其㈣，可 ，、要之不純物和缺陷引進單晶料錠中。例如，當掛瑪於 取初係A全用碎塊狀多晶石夕裝填時，碎塊邊緣在滿載之負 重下可旎刮傷與鑿傷坩堝壁，而造成坩堝損害並以坩堝粒 子於矽熔融體上或懸浮於其中。此等不純物顯著增加 在單印内形成位錯之可能性，並且減少無位錯單晶之生產 f及通過量。在嘬初裝填期間小心排列碎塊狀多晶矽可使 ^應力降至最小。但是，當炫解進行時，填料可移位，或 碎塊狀多晶矽之較低部份可被熔去，而留下未熔解材料之 ’’掛鈎’’黏附於熔融體上方之坩堝壁，或未熔解材料之"橋 接物&各融體上方在坩堝壁相對側之間架橋。當填料移 U 或掛鈞或橋接物崩塌時，其可能濺起熔融矽及/或對 坩堝造成機械應力傷害。此外，1〇〇。。碎塊狀多晶矽之最初 -4- 本纸張尺錢財國規格⑵〇x 297公釐） ^ ^__w.-------訂-------------------------------. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 527450 A7 B7 五、發明說明（2 裝填物㈣可充填材料之體積，此係由於此種碎塊狀材料 之=良％充密度所致。體積限制直接地衝擊單晶通過量。 备CZ掛碼於最初完全用粒狀多晶石夕充填時，@題同樣存 在。、由於粒狀多晶矽之低導熱係數所致，故需要大量電力 以‘解之。在坩堝中因暴露於此種高熔化電力所引致之熱 應力，會造成坩堝變形，而坩堝粒子鬆脱並懸浮於熔融體 中二就像機械應力’此等熱應力會造成降低之晶體通過^ 。伴隨包含100%粒狀多晶矽最初填料之其他問題，係針對 本發明揭示於下文。最後，雖然粒狀多晶矽之最初裝填物 可能在體積上大於100。/。碎塊狀多晶矽，但其典型上並未能 造成較高之整體通過量，因爲坩堝上之熱應力程度係隨著 最初裝填物之大小而增加。 典論坩堝於最初係用碎塊狀或粒狀多晶矽裝填，在許多 方法中，一般期望係以餵料/計量系統將多晶矽添加至4 融體，以增加坩堝中熔融矽之量。此種外加多晶矽之另: 裝填已知係用於批次、半連續或連續方法系統。例如，在 批次系統中，在最初多晶矽填料已經熔解之後，可根據體 積之減少，將其他多晶矽裝填至現有熔融體中，以達到 掛碼容量。 > 最後，共同歸屬美國專利5,588,993揭示自多晶矽填料製備 谷融矽之方法，其中多晶矽，較佳爲碎塊狀多晶矽，係壯 入坩堝並部份熔解，以形成熔融矽及具有在熔融矽上方延 伸之上表面之未熔解矽（另被稱爲未熔解矽島）。將粒狀多 晶矽餵至外露之未熔解矽，直到所要之多晶矽總量已壯广 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂i -線丨#丨 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -5 527450

五、發明說明（3 至堆禍。然後使粒狀多晶石夕與未溶解石夕完全溶解，以形 成溶融㈣物。此方法在單晶碎轉鍵生產期間會造成改良 (無缺陷產率、通過量及平均熱循環時間。 、但是，此方法之成功執行需要操作者以手動方式觀察， 並在將粒狀多晶石夕餵至未溶解石夕上時，根據觀察結果控制 財禍中未溶解石夕島（大小。島大小係藉改變側面與底部加 熱器之功率及粒狀多晶㈣至島上之餵料速率來控制。例 如，若島變得太大，則島至掛網壁之架橋變成問題，操作 者便減低餵料速率。若島變得太小，則有粒狀多晶體非所 需地直接落入熔融體之危險，操作者便因此增加餵料速率 。此貝行可能會在晶體品質方面造成實質上之變動，此係 由於操作者及操作者在熔解程序期間注意程度之差異所致。 發明摘述 在本發明之數個目的及特色當中可注意的有，提供在晶 月豆拉取裝置中自多晶硬製備溶融碎溶物之方法及裝置；提 供增加晶體品質一致性之此種方法及裝置；提供自動控制 多晶矽餵入晶體拉取裝置坩堝中速率之此種方法及裝置· 提供增加晶體拉取裝置通過量之此種方法及裝置；及提供 可有效且經濟地進行之此種方法和經濟上可行且商業上會 用之此種裝置。 一般而T，本發明在晶體拉取裝置中自多晶矽製備溶融 石夕、丨谷物之方法，包括將多晶石夕裝入堆禍中。裝入掛禍之多' 晶矽量係實質上小於預定在坩堝中被熔解之多晶石夕總量。 然後加熱坩堝以熔化坩堝中之多晶矽，以在坩堝中形成部 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）~" " ' I J---------, C請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 訂---- •線丨— 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 527450 A7 B7 五、發明說明（4 填料。部㈣解填料包含具有上表面之这融秒及外 表面上方之未‘溶解多晶碎島。將粒狀多晶硬 仗土掛蜗中之未溶解多晶5夕島，直到預定

裝入坩堝。未熔解多晶矽島相對於坩堝側壁之： 方式測定，此步驟係在將粒狀多晶…掛碼 ^ ^解多晶矽島時進行。將粒狀多晶矽從餵#哭IJ 未娜…上之銀料速率係經控制，以回 之未溶解多晶石夕島相對於'溶㈣上表面處㈣例^尸^仔 二另—項具體實施例中，本發明於晶體拉取器中自 熔融矽熔物，用以根據卓克拉斯基法生長單曰矽么: ::::中包含:加熱器，加熱晶體拉取器之二:: 包含在二:：:曰:妾以在㈣中形成部份溶解填料，其 上 7 /、 面《熔融矽及外露於熔融矽上表面 ,曰1讀多晶#島。料11，係經調整以it於將浐狀 多晶梦餵至㈣中之a解 Μ狀 線 以產生至少-部份㈣、溶融石夕及夕:谷:：，：:'經安排 影像。視覺系統，係經提供 ：：：，視頻 與視覺上::::::::::之位…器，係 坩蜗側壁之位置具回應性：：：夕晶矽島相對於 至未溶解多晶石夕島上之银料速率狀夕晶石夕從銀料器餵 附圖簡诚 圖1爲晶體拉取器之示音Η 製備熔融矽熔物之裝置；"/、匕括本發明用以自多晶矽 1-；-------—__ - 7 - 本紙張尺度_巾關_準（CNS)A4 A7 五 、發明說明（5 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖2爲圖1裝置之一 圖3爲說明圖9"二：與攝影機之方塊圖； 炫物之方法Λ 根據本發明自多晶物… 心万，去操作之流程圖；及 /灰侑ι融矽 圖4爲晶體拉取哭之邱林# 至多曰矽、、 伤截面圖，係説明將粒狀多曰於也 芏夕日曰矽又邵份熔解塡料上。 7狖夕日曰矽餵 相應參考文字在附圖之彡 一 河種視圖中表示相應部份。 見在$考附®，特別是圖丨，說明 據卓克拉斯基法生長單曰財,、、 裝置配合用以根 τ於23)-起㈣。晶體 土(大致表 纺 J a栝罩敗（大致表示於％、 於：：隔，含晶體生長室27之内部。石英物9係承載 乃j至-7中’且含有溶融態半導體原料Μ，單晶石夕轉錠 ;、生長。加熱器電源39對外接於坩堝29之電阻加熱器 41供以電能，以在坩堝中形成熔融矽Μ。絕緣體A爲罩殼 25内壁之内襯。坩堝驅動單元31係以順時鐘方向旋轉坩堝 29，如箭頭所示，並在生長程序期間升降坩堝，以在晶體 鑄錠C生長且原料自熔融體被移除時，使熔融態原料“表 面保持在大致恒定之液位。 拉取機構包括一個自晶體驅動單元35向下延伸之拉取軸 心33 ’該晶體驅動單元能夠使拉取軸心升高、降低及旋轉 。依拉取器類型而定，晶體拉取器23可具有拉取金屬絲（未 示出）而非軸心33。拉取軸心33終止於種晶夾頭37，其握持 用以生長單晶鑄錠C之種晶（未示出）。根據卓克拉斯基晶 體生長方法，晶體驅動單元35係以相反於坩堝29之方向旋 -8 私紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） w Aw ---------^ I ---------- f靖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 527450 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（6 轉拉取轴心33。如圖1中所示，在拉取器罩殼25之觀察口 47架設觀察攝影機45，以監控鑄錠C之生長。 含有粒狀多晶矽之餵料器51係由晶體拉取器23支撑，且 具有石英所構成之餵料管53，從該處懸垂並向下延伸經過 拉取器罩殼25而進入生長室27，藉以將粒狀多晶矽餵入坩 堝29中。餵料管53在生長室27内可移動，以供選擇性定位 於餵料位置（圖4)與非餵料位置（未示出）之間，該餵料位置 中餵料官出口 55係位於坩堝29上方，以將粒狀多晶矽餵入 ㈣中’而非銀料位置中餵料管係、在相c生長期間遠離 =置。控制單元57係憑電力連接至拉取器23之各種操 =，譬:口㈣驅動單元31、晶體驅動單元35及加熱器 私原，以控制晶體拉取器 捃、止办# k ^日曰體拉取器23之一般 構以與鉍作，除了更完整解釋於 却^ ,丨^ 人'^靶圍夕卜，供爲一船 l I日此項技藝者所習知，故將不 ' m , 丹另外加以描述。 參考圖1，本發明裝置係大致表示 含餵料器51和控制單元57。控制單：’且以部份而言包 通，以自動控制餵料器之操作。^ 57係與銀料器51電連 制晶體拉取器23各種組件操作之择:^瞭的疋，與用以控 元（未示出），可用以控制餵料器5丨之=元57刀離之控制單 明之範圍。裝置61亦包括架設在# = ‘作，而未偏離本發 二次元攝影機63，其係與控制單元二^取态23罩殼25上之 間持續地監控坩堝29及其内容物。俨=連通，以在熔解期 拉取器罩殼25之觀察口 65，且係大至機6j係架没在晶體

與坩堝中熔融矽上表面ϋ之交點。致瞄準拉取器中心軸X 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) __^ ---------I ----------,-------- 527450 A7 五、發明說明（， 。例^、’攝影機6 3可以相對於晶體拉取器2 3中心軸X大約 15 34之用度架設。攝影機63較佳爲單色填料偶聯裝置 影機，譬如具有768 x爾素解析度之^C-75CCD^像機。另一種適當攝影機63爲JaVeUnSmartCamJE攝 影機。攝影機63較佳裝有提供足夠寬廣視野之透鏡（未示出） ，以使產生 < 影像包括至少一部份坩堝29之側壁67(圖4)、 外露於'落融碎表面U上方未溶解石M之周緣、及位於外露未 熔解矽與坩堝側壁中間之熔融矽Μ。作爲另一項實例，於 後文所述較佳具體實施例中之攝影機63係裝設來觀察大約 50% -750/〇之坩堝29及其内容物。坩堝29及其内容物基本上 係自身照明’而不需要攝影機57之外部光源。 圖2係以方塊圖形式説明控制單元W之較佳具體實施例。 攝影機63係經由管線69 (如RS-170視頻電纜）將視頻影像傳 達至視覺系統71。視覺系統包含視頻影像畫面緩衝，器73及 影像處理器75，藉以捕捉及處理視頻影像。以下述作爲實 例，視覺系統71爲CX-100影像畫面擷取器或Cognex CVS-4400 視覺系統。接著，視覺系統71係經由管線79與可程式化邏 輯控制器（PLC) 77連通。在一較佳具體實施例中，PLC 77爲 德克薩斯（Texas)儀器所製造之575 PLC型或545 PLC型，而管 線79代表通信界面（例如VME脊面界面）。 視覺系統71亦經由管線83 (如RS-170 RGB視頻電纜）與影像 顯示器81連通，以顯示由攝影機63所產生之視頻影像，及 經由管線91 (如RS-232電纜）與電腦89連通，用以規劃視覺 系統。如圖2中所示，PLC 77經由管線87 (如RS-485電纜）與 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 29/公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · ί -ϋ n n n n n I n n -11 n 兮0 線丨# 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 527450

五、發明說明（8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 f夕個私序輸入/輸出模组85連通。輸入/輸出模組85 ^ ί、往返銀料态51之路徑，以自動控制銀料器之操作。 運"付唬界面電腦93亦經由管線95 (如RS-232電纜）與PLC連 、、、允斗9曰體拉取器操作者輸入所需操作參數給pLC及 /或於晶體拉取器23操作期間從PLC取回操作資訊。 現在參考圖3，本發明製備溶融石夕溶物之方法，係根據大 致表不=101艾泥程圖進行，以提供餵料器Η利用本發明裝 置61之：閉回路控制。於步驟1〇3開始，晶體拉取器幻，包 人/單％ 57 ’係用預足〈參數設定初始化，其係更詳細 二：：：文’無論是已經編碼至控制單元之PLC77或經由 ㈣號界面電腦93輸入PLC皆可。作爲初始化步驟說 並根據將多^裝人㈣29之較佳方法，如在共 _屬吴國專利5,588,993中所揭示者，其係併於本文供參考 # =預足量之多晶石夕裝入掛瑪中。雖然粒狀多晶石夕或碎 塊狀夕晶石夕皆可用於最初裝填物，但—=::::多晶"作爲最”填物，可 孔隙缺陷在單晶彻c中形成之高 “咸粒狀多晶梦捕集掛螞29底部之氣體，孽如氬 或虱，而此等氣體稍後在晶體生長期 溶融體Μ中。-些氣泡在晶體生長界面釋會: ，此，成孔隙缺陷。使用碎塊狀多晶石夕作爲最初 兄此寺孔隙缺陷〈形成，且_般會造成較高之 預定於最初裝入…之多晶梦量，較。 鑄錠C品質與生產通過量而最佳化。若;十·士早印矽 宁太夕碎塊狀多晶 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -.1- n 1 I— n- 一^J» ! I I I I I . 線 *#·

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 527450 A7 五、發明說明（9 ) 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 社 印 製 石夕裝入掛禍29，則發生較高機械應力，且亦有增㈣㈣ 位或形成橋接物或掛鈎之可能性。有利於粒狀多晶碎之缺 =、：用性伽因素亦可促使最初裝塡物中之碎塊： 夕日田矽f降至最低。但是，若將太少碎塊曰^ 堝29中，則需相當大量電力 埴坩夕叩矽裝入坩 奋卿-村。坩堝側壁67伴隨# 用此種較高電力之較高溫度，可能會造成過早的掛=: 除了此等因素以外，最初裝填物大小亦 計、高溫區帶設計及所製造晶體產物之型式而改變。例如 ，在使用22英相螞29之⑽公斤總填料中，以.65公斤之 砰塊狀多晶矽最初裝填物較佳，而以5_公斤之裝填物 佳，且以55公斤之裝填物最佳。 、 同樣在初始化1〇3期間，控制單元51對加熱器電源39件 電能，以推動拉取器罩殼25中之加熱器41，以起始最初 入掛禍29之多晶截匕作用。如圖4中所示，編之最 初炫化會造成部份溶解填料在掛财形成，其包含炫融石夕 Μ與未熔解之多晶矽兩者。由於坩堝輻射之熱量，多晶 傾向於在掛蜗側壁附近比掛褐中心漸快地熔解。結果… 有溶融體表面U或溶融體液面之溶融㈣，開始圍繞未_ 〈多晶體，其中未'溶解多晶石夕島！至少有部份係外露於熔 矽：熔融體表面上方。島^開始靠近或甚至可接觸坩堝側 ’最後隨島周緣熔解且變成熔融矽之部份而收縮。 在步驟1〇5，當多晶石夕之最初裝填物正在熔解，視覺系 7Κ畫面緩衝器73從攝影㈣之視頻影像信號捕捉影像 以藉影像處理器75處理。於較佳具體實施例中，影像係 更 以 訂 裝 最 矽 具 線 融 壁 統 l_____-12, 本紙張尺度賴巾賴家鮮（CNS)A4_祕C 297公爱_)_ 527450 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（) 歇取得並藉視覺系统71處理，孽 免王 3如母分叙大約十次（意即每 7T秒）’以在禍（及掛讲φ少丰ρ 咁堝中之未丨各解矽）環繞晶體拉取器23 之中心幸由X旋轉時，從 、 坩堝29四周不同周圍位置監控熔解 中之多晶碎。 所捕捉之影像包含許多像素（未示出），其中每一個像素 具有-個代表所偵測影像光學特徵之數値。在此情況中， 像素値（或灰度級）係相岸於俊音 4日I於像常又先強度。在步驟107與 109中，影像處理器乃處理影像成苠德 、一 处1〜诼成馬像素値炙函數，以測定 溶融體表面U處掛碼例辟尸著七

m 〃 土 67位置或邊緣及未熔解多晶矽島I 之周緣，其係相對於所、、丨尸 、於所測侍坩堝側壁之位置而大致上以横 向朝内。依此方式確佘、息 、 Λ 4、彖位置係另稱爲邊緣偵測法。邊 緣=係被定義爲影像中，灰度級在相對較小空間區域有 相^交大變化之區域。相應於溶融體表面υ處㈣例二有 及未：解多晶心周緣之像素，比位居島與掛灣； 之熔融矽Μ及未熔解石々ι τ 士 士 士、 不各衅矽島I (中央邵份，具有顯 度級或像素値（意即其顯得較明亮）。 /、 更特足言之，在步驟1⑽中，影像處理哭 73所捕捉之影像中，反m 75在-面綾衝奈 |疋出土 V兩個感興趣之劃定界線之 £域（未不出）。此等感興 、^ a亦破％馬視冒區域或邊 、·象疋位工具，大致上呈 府、广描3 矩开y視®形式，具有已知相對於影 ^ 、、 心…、趣炙£域中包圍已知數目之傻音。 各視窗區域在影像Φ > 、 素 爲美進"中U置係以所欲定位邊緣之估計位置 局基準。例如，本發明一 經過側壁而橫向延伸至掛=或^㈣壁67外部 坩堝29〈熔融矽Μ中，以偵測在視 -13- -H ϋ n 1 n ϋ I n n n 1« ·ϋ 1 · n n n ·.1 n mmt n JrJ· n ϋ n n n i_i n I I β (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 527450 A7 B7 五、發明說明（11 窗區域内溶融體表面U處料側壁之座標位置。此視窗係 橫向延伸進入熔融矽Μ 一段距離，其實質上小於島Ij5]緣從 掛禍側壁67橫向往内之預定最小間距，如將進一步討論於 下又者，以政使島周緣並不會在此視窗區域中被偵測。藉 由在以已知座標爲邊界之視窗區域内確定邊緣位置（例如在 溶融體表©之㈣側壁），則可決定所定位邊緣之座標。第 二個視窗區域係從料側壁67内部橫向延伸，冑即從溶融 矽Μ橫向往内一段足以覆蓋未熔解矽島r之距離，以偵測島 在此第二個視窗區域内之周緣。雖錢用兩個分離視窗區 域較佳，但意欲涵蓋的{，可使用經裁定大小以延伸經過 掛瑪29與島I周緣兩者之單_視窗區域，而未偏離本發明之 範圍。 在步驟109中，執行邊緣偵測運算符號，以利用前一步驟 中所界定之視窗區域，測定溶融體表面U處掛碼侧壁π及 島I周緣之座標位2 1於在影像中找#邊緣之各種邊緣债 測運算符號，或演算法，係爲熟諳此藝者所習知。例如:、 適當邊緣偵測例行程序包括〜-或出喻演算法。岸、明瞭 的是’冷了強度以外’影像之其他特徵，譬如強度梯产' 顏色或對比，皆可用來藉光學確定掛螞側壁67與未炫^石夕 島I之邊緣位置，而未偏離本發明之範圍。 土 =理器75將所測得掛禍側壁67與島^緣之座標位置 口知PLC77。在步驟1U中，PLC操作例行程序，以㈣側壁 :與，周緣之座標位置爲基準，測定未溶解石夕島距掛堝側 上4向間距。然後，在步驟⑴中，對於預定數 鋒 14 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---- 線丨-- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 527450 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（12 ) =量(如1〇〇)’計算-次平均之島㈣網側壁67之橫 慮出未溶解碎島之橫向大小偏差。在所示之具 :二：岡I:橫向間距係根據島1周緣與掛瑪側侧(意 k橫厘標減去㈣側壁之橫純）之像素數目計 二二於較佳具體實施例中，每—個像素係相應於預定 早位長度，例如約丨毫米。 在步驟U5中，PLC77測定其他多晶石夕至掛禍四之銀入是 =起始。若否’則pLC測定(步驟m)在加細補充 ，疋最初熔化時間是否已經過去。最初熔化時間應 足以使取初裝入掛竭之部份溶化多_，得以形成被㈣ 石夕圍繞（未熔解碎^。於較佳具體f施例中，最初溶化時 間馬約二小時。若最初熔化時間尚未過去，則多晶矽最初 裝填物^化便繼續，1程序進行到步驟m，於此PLC77 在重複y述步驟之前係等待下—個時間增量（例如六秒）。 一旦最初熔化時間已過去，PLC77在步驟121測定此次數 平均之未轉多晶$島側壁67之橫向間距是否超過 預定最小間距（意即島！已充分收縮，以致使其周緣向内遠 離掛禍側壁一段所要之距離），則於其上可起始其他多晶矽 至坩堝29之餵入。例如，於較佳具體實施例中，啓動餵料 器51之預定最小間距爲110像素（意即於較佳具體實施例中 大約110毫米）。當最初溶化時間已過去，且島j距坩禍側壁 67之預足最小間距已被超過時，控制單元57便於步驟⑵經 由輸入/輸出模組85送信號給餵料器5丨，而向下經過餵料 管53餵送粒狀多晶矽，以輸送至未熔解矽島1上，直到多晶 -15 卜紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)·- — It---------線1Φ----------.-------------- 527450 A7 B7 五、發明說明（13 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 碎總量已裝入坩堝29中。 如圖4中所示，當島與掛瑪共同旋轉時 致朝向島周緣而銀至未溶解…紉上。雖二 == 矽餵至島I中心係可接受的，但已發現將其锒至：‘备：： :想要之較寬廣、較平坦島之形<，因此係爲較佳= 發明之方法中，粒狀多^係以1G公斤/小時之θ ^本 速率被镇$良Τ。异、壯 、瑕子刀I料 I早被餱土島1。取初裝入坩堝29之多晶矽對欲被餵至 〈粒狀多晶矽之重量比，較佳係在約2: 3與約2"之間， 且更佳係在約1 : 1與3: 2之間。在先前所討論之會例中 對於22英相瑪之則公斤總填料而言，以碎塊狀多晶石夕之 D公斤裝填最佳，而總填料之其餘部份（例如45公斤）則係 =粒狀多晶矽餵至外露之未熔解多晶矽島i。相較於碎塊狀 夕日曰矽，粒狀多晶矽一般較容易餵入，且會造成更均勻之 V田時間。車义佳情泥是，粒狀多晶石夕爲無塵且％〇/。顆粒（重 里比）具有落在約400微米至約14〇〇微米範圍内之大小分佈。 當掛禍29中之多晶矽繼續熔解，來自餵料器51之粒狀多 晶石夕在顆粒浸沒於熔融矽M中之前，係繼續於熔融體表面 U上方形成島1。當粒狀多晶矽顆粒滯留在島I上，在其滯 田於未熔解多晶矽表面之同時及浸沒於熔融矽Μ中之前， 顆I溫度係以足以使粒狀多晶石夕脱氫之方式迅速上升。在 ^狀多晶矽餵至未熔解多晶矽島I之整個過程中，控制單元 57係於預定時間間隔連續取得影像（步驟丨〇5)，並根據步驟 至113處理影像，以測定島I周緣距溶融矽Μ上表面U處 i甘蜗側壁67之平均橫向間距。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 訂--- -線I#丨 n n n n 16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格 χ 297公釐 527450 A7 B7 五、發明說明（14 在步驟125中，pT r 77 f — 橫向間距是否在搞、Λ、’《周緣距_侧壁67間之平均 如㈣米二=可二之範園内，例如_。㈣

係變得非所：灿 均橫向間距超過此範圍，則島I =於是增加粒狀多晶體直接落入_ 行至步驟127 /疋泣W迅速而發生脱氫作用。PLC77進 料速率二已：Γ足目前粒狀多晶矽從餵料器51排放之餵 時。、若m達到預定最大銀料速率，例如25公斤/小 PLC 77便q私’則不用對餵料速率作調整。否則， 預二峨入/輸出模組85促使餵料器M(步驟129)以 公斤/小時來增加餵料速率。冑-橫向間 =!!^^範圍以下’如步驟131所測定，則島I變得 也大。在步驟133中，PLC77測定目前粒狀多晶石夕從 心科以排放之速率是否已經達到餵料器之最小餵料速率 。若果然如此，則不用對餵料速率作調整。否則，ραπ :經由輸入/輸出模組85促使餵料器5i(步驟即以預定減 量’如5公斤/小時來減低餵料速率。 银料係持續進行，直到在最後㈣融體中所想要之碎團 料總量已被加入㈣29中，㈣指示餵料器中止餵送粒狀 多晶體至財禍中。根據步驟137，只要餵入繼嬙，邏輯便返 回步驟H9直到達到下-時間增量並重複流動。在粒狀多晶 石夕之餵入完成後，在財堝29中之大部份珍爲熔融矽1^，而 有相對較小量之固態矽團料殘留。粒狀多晶矽盘未熔解之 多晶石夕’其共同包含殘留固態石夕團料，接著係進一步熔化 形成熔融矽熔物。 -17 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ·--------訂---------線丨------： . 本紙^用中國國家標^7cNS)A4規格（210 X 297公爱— 527450 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制π A7 五、發明說明（15 , 在如上4 <裝置61及本發明方法中，係進行一種邊緣偵 測方法，以获雨工、4 、 八 曰电 万式測足未溶解多晶石夕島I相對於、]:容融體 表面：處坩堝侧壁67之位置。但是，可使用其他適當方法 來^疋島I相對於坩堝側壁67之相對位置，或是以其他方式 /則疋粒狀多晶石夕餵至㈣之速率是否應增加或減低，而未 偏離本發明之益圖 ^ 、 乾圍。預期可使用此種其他方法作爲邊緣偵 J方法 < 替代方式，或與其併用以雙重確認島I相對於坩 側壁67之相對位置。 σ 辟」士、—種此類万法係確定熔融矽Μ上表面ϋ處坩堝例 土 位置，並界定出多個（例如10個）劃定界線之區域或 万塊、，其係從㈣側壁以並#關係♦黃向往内延伸一段距離 。二I似島1距坩堝側壁之最大所需橫向間距（例如120亳米） 付母：万塊係橫跨預定數目之像素。影像處理器75偵叫 万塊中未炫解多晶石夕島I周緣已經定位。對於相庫於;居 坩堝側壁67中門 > 夂士％ 彳. ' 祁馬於k居 + . 中門 <各万塊及其中島Ϊ周緣經偵測之方塊之像 -_ 係經加總以測定島距坩堝側壁之橫向間距。 地’未⑮解多晶硬島1之相對位置係在所示之具體备 她例中，每南石舍令t β足貝 ^ ^島周相㈣側壁67大致上橫向往内 丨同足^置而測宏。作导 刀 攝29側壁67之"一：去可使用其他方法測定島1相對於堆 a # 上匕，而未偏離本發明之範圍。例如，可 :(¼截面寬度’並與坩堝側壁67之内徑 =6:之内徑可預設並編碼…中，或其係以時Γ: 异而得：或其:於每次步驟利用邊緣偵測方法或其；

田万法心。作局另—項實例，可測定未溶解多晶石夕島I 國國家標準(cns)A4規^17 -18- ^297¾ 7 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線I ----- 527450 A7 五、發明說明（16 ) 之表面積，並與㈣29之截面 可預設並編碼於PLC 77 Φ . 。掛瑪29之截面積 或其可於每次步驟測定。 以時間函數計算而得， 鑒於上述，將可見已達成本發 有利結果。 X .又數個目的且獲得其他 當引用本發明或其較佳具體實施 ，，、"此”及”該"係意指有-或多種要件寺二冠詞"-種 及”具有”等措詞係意欲總括，且係意謂^,”、，，包括” 外之其他要件。 b有所列要件以 因爲在上述解釋中可做出各種變化，而 範圍，因而意欲將包含於上述説明或示離本發明之 項解釋爲説明性，而非限制意義。 中之所有事 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} ·. 一^1· 線丨# 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制农 -19- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X&7公釐）

Claims (1)

1. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 L 一種在晶體拉取裝置中自多晶矽製備熔融矽熔物之方法 ’此方法包括： 將多晶矽裝入坩堝中，裝入坩堝之多晶矽量實質上 係小於預定在坩堝中被熔解之多晶矽總量； 、加熱坩堝以使坩堝中之多晶矽熔化，以在坩堝中形 成β彳77 k解填料，其包含具有上表面之熔融矽及外露於 溶融石夕上表面上方之未熔解多晶矽島； 以某餵料速率將粒狀多晶矽從餵料器選擇性地餵至 坩堝中之未熔解多晶矽島上，直到預定多晶矽總量已裝 入掛碼中； 筹曰黾子方式測足未溶解多晶石夕島相對於掛螞側壁之 位置，该測定步驟係於粒狀多晶矽被餵至坩堝中之未溶 解多晶石夕島上時進行；及 控制粒狀多晶矽從餵料器餵至未熔解多晶矽島之餵 料速率，以回應所測得之溶融碎上表面處未溶解多晶石夕 島相對於坩堝側壁之位置。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該藉電子方式測定 未溶解多晶矽島相對於坩堝側壁位置之步驟包括： 取得至少一部份坩堝、坩堝中之熔融矽及未熔解多 晶矽島之影像；及 藉電子方式處理該影像，以測定掛螞側壁與未溶解 多晶矽島周緣間之橫向間距，該未熔解多晶矽島係以與 堆禍側壁大致上呈橫向分隔之關係配置。 3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中以電子方式處理影 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) # 訂------ 線丨# 527450 A8 B8 C8

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   申請專利範圍 形成邵份料填料時進行，該將粒狀多晶#餵料器銀 至掛瑪中之未溶解多晶碎島之步碟，包括使該餵入起始 ，以回應在掛網中相對於掛蜗側壁預定位置之未炫解多 晶石夕島。 8· 一種在晶體拉取器中自多晶矽製備熔融矽熔物之裝置， 用以根據卓克拉斯基法生長單晶硬鑄錠，該晶體拉取器 具有罩殼，在罩殼中藉以容納熔融矽之坩堝，及用以自 熔融矽向上拉取生長中鑄錠之拉取機構，此裝置包含： 加熱器，用以加熱坩堝而熔化坩堝中之多晶矽，以 在坩堝中形成部份熔解填料，其包含在坩堝中具有上表 面之溶融碎及外露於溶㈣上表面上方之未轉多晶石夕 島； 餵料器，經調整適於將粒狀多晶矽餵至坩堝中之未 熔解多晶矽島上； 攝影機，經安排以產生至少一部份坩堝、熔融矽及 未熔解多晶矽島之視頻影像；及 視免系、、’充，把夠藉電子方式從該視頻影像測定未溶 解多晶碎島相對於坩堝側壁之位置； 夕餵料器，係與視覺系統電連通，且對所測得未熔解 多晶矽島相對於坩堝側壁之位置具回應性，以控制粒狀 多晶矽從餵料器餵至未熔解多晶矽島上之餵料速率。 9·如申請專利範圍第8項之裝置，其進一步包含與餵料器 %連k以抆制餵料器操作之控制單元，此控制單元係進 一步與視覺系統電連通，藉以操作視覺系統並從視覺系 -22- 本紙張尺度顧t關家標準(CNS)iri^Ti^97公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 一：0、· ϋ n n n n n n I ϋ n n n n n I n I— n n n n ϋ ϋ ϋ n n n n I n - 527450

   、申請專利範圍 =欠所測得未溶解多晶，夕島相對於 此控制單元能夠控制餵料器之操作，以土又亿置， 解$曰& $ @應所剛得夫、反 月千夕日曰矽島相對於坩堝側壁之位置， 于禾大合 從銀料器餵至未溶解多晶碎島上之銀料迷 =粒狀… 10·如申請專利範圍第9項之裝置，其中視 影機電連通之影像緩衝器，藉以從攝視^括與‘ 取得> 碑以機視頻影像信號 取侍兒卞影像，及影像處理器，藉以處 仝土 a *々 处里包子影像以測 疋未i各解多晶矽島相對於坩堝側壁之位置。 11·如申請專利範圍第10項之裝置，其中 „ .Α , 視見系統心影像處 理π此夠處理影像，以測定未熔解多晶矽島周緣之座標 位置與坩堝側壁之座標位置。 12. 如申請專利範圍第丨丨項之裝置，其中控制單元包含與視 覺系統連通之PLC，用以接收藉影像處理器所測得之座 標位置，此PLC具有可操作之例行程序，以根據該座標 位置測定未溶解多晶石夕島周緣距掛螞側壁之橫向間距。 13. 如申請專利範圍第12項之裝置，其中.控制單元之pLC係 進一步包括可操作之例行程序，以測定是否有必要調整 粒狀多晶從餵料器餵至未熔解多晶矽島之锒料速率，並 在決定有必要調整餵料速率之情況產生信號送至餵料器 ，餵料器對該信號係具回應性，以調整餵料器之銀料速 率。 -23 ‘紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^—---------------^-------—____