TWI596239B - 用於矽錠之柴氏生長的側邊進料系統 - Google Patents

Description

用於矽錠之柴氏生長的側邊進料系統

本發明係一般有關於結晶錠塊之柴氏生長。具體而言，本發明係有關於用於結晶錠塊之連續柴式生長之重複提供原料的進料系統

類似於最普遍使用於矽積體電路者，在正在發展之許多類型的光伏太陽能電池中，其中一種最有效且經濟的電池係基於藉由柴氏法(Czochralski method)生長之矽晶圓之電池。在柴氏生長(CZ)方法中，在約1420之溫度下讓矽在坩堝中熔融成其液體狀態。將預定結晶方向之小結晶矽晶種與熔融物接觸並且之後逐漸拉出。在適當的溫度控制下，液體矽以相同於晶種之方向凝固在該晶種上。之後，藉由初次拉出條件如自晶種之直徑延伸至所欲錠塊之直徑，緩慢自熔融物拉取該晶種以形成具有最終長度典型為一公尺或更多以及直徑為數百毫米的長晶矽錠。在典型積體電路之應用上，批次CZ係以下列方式實行：以首次填充之電子級(EG)矽填充坩堝(該矽亦稱為初生多晶矽(virgin polysilicon)或僅稱為多晶矽(polysilicon))。之後加熱坩堝，且拉出一錠塊以實質上耗盡該坩堝，然後在完成一錠塊之後丟棄該坩堝。對冷卻後之錠塊切片以形成具有實質上少於一毫米厚度之圓型單晶晶圓。請參見Wolf以及Taber之Silicon Processing for the VLSI Era,vol.1：Process Technology,Lattice Press,1986,pp.5-21 有關於電子級矽、冶金級矽以及典型柴氏製程之討論。已將該文納入本文作為參考。

然而，太陽能電池之應用在成本敏感度上遠高於矽積體電路。尤其是，於每一個錠塊後替換坩鍋之需求提高了坩堝之高成本且損失了在坩鍋中殘留的矽。此外，替換坩堝與再加熱該坩堝及其艙所需之時間大幅地降低了產量。

一種減少太陽能矽晶片之成本的常用方法為連續柴氏生長法(CCZ)，其已廣為人知多年但尚未廣泛使用。該方法最近已被建議用在太陽能工業上。請參見Bender等人之美國專利案第7,635,414號以及Williams等人之美國專利公開案第2011/0006240號。CCZ允許自單一坩堝拉起多個錠塊，而當該坩堝仍為熱時，且最佳為當一錠塊自該坩堝熔融物拉取時，要求補充新鮮之矽至一般小的坩堝，然而，高品質單晶錠塊之拉取要求嚴格控制的溫度、精確的熔融程度控制、以及諸如氬氣之非反應性環境。補充矽原料至柴式坩堝係為CCZ之一大挑戰。

因此，在工業上仍有能夠用於連續提供原料至柴式生長系統之進料系統，具體而言，連續柴式生長系統之需求。

本發明係有關於一種柴式生長系統，包括生長艙、隔離閥、含有原料的進料艙、及進料機。該生長艙包括坩堝，側邊壁、頂側壁、支撐該坩堝用之基座、及可拉回地用於提供接觸含有在該坩堝中之熔融物之晶種的拉取機制。該隔離閥係置於該生長艙之至少一個側邊壁中，而該進料艙 係透過該隔離閥真空密封至該生長艙。該進料機係透過該隔離閥可插入至該生長艙中，且提供該原料至該生長艙。此外，該進料艙亦可自該生長艙移動至該進料艙，且當該隔離閥關閉時可置放在該生長艙中。較佳地，該柴式生長系統復包括固定在該生長艙內之滴加盒。該滴加盒作為自該進料機以及位於該坩堝上之噴口接收該原料用之斜底。

吾人應了解上揭之整體說明與下揭之細節描述僅作例示與說明用，其係意圖提供本發明之進一步說明，如申請專利範圍所定義者。

本發明係有關於柴式生長系統及有關於用於提供原料至柴式生長系統之進料機系統。

本發明之柴式生長系統包括製造錠塊(諸如矽錠)之生長艙。該生長艙包括側邊壁及頂側壁，以形成可加熱空間，在該空間中提供含有原料(諸如矽)之坩堝。該原料熔融在該生長艙內之該坩堝中，該坩堝能藉由下方之一個或多個基座支撐，並且能使用任何習知技術自該熔融物生長矽錠。因而，舉例而言，該生長艙能復包括拉取機制，其中小結晶矽晶種自該生長艙之頂側壁提供在諸如可拉回之繩上。令該具有預定之結晶配向的晶種與該熔融物接觸，然後逐漸拉回。伴隨適當之溫度控制，液體矽以相同於該晶種之配向固化在結晶晶種上。之後緩慢自該熔融物拉取該晶種以形成具有所欲最終長度及直徑之生長之結晶矽錠。伴隨著反應至負載元件以用於啟動供給原料至該生長艙之 控制裝置，亦能使用支撐該拉取機制之一個或多個負載元件。

在該生長艙中之該坩堝可以為任何習知用在矽晶成長，且可含有固體以及液體矽兩者之原料者。舉例而言，該坩堝可以為石英坩堝或可以為含有石英內襯之石墨坩堝。該坩堝亦可以具有任何取決於，舉例而言，該結晶成長系統之幾何構型之剖面形狀，但典型上為具有圓型之剖面形狀。較佳為，該坩堝包括內區以及外區，且這些區彼此有流體交流。該內區係位於該拉取機制下方，因此在該區中起始生長，而在該外區含有當錠塊生長時進料額外的材料至該內區的原料(當熔融時)。舉例而言，該坩堝可以包括壁或其他將該坩堝分為內區以及外區的分隔手段。分離件具有開口，諸如孔洞或管路，以提供該兩區之間受限制之流體交流，使得當材料藉由該結晶製程自內成長區移除時，新鮮材料可以從外進料區進入內成長區。

本發明之柴式生長系統復包括附著至該生長艙之隔離閥。該閥能置於該生長艙之任何一處，包括置於至少一個側邊壁或頂側壁中。較佳地，為了便於原料之傳送(下文將詳細說明)，該隔離閥係置於該生長艙之側邊壁中。該閥能為技術領域中任何習知之閥，但較佳為有可擴展之水冷閘之閘閥，諸如揭露於美國專利公開案第2011/0006235號、第2011/0006236號、及第2011/0006240號者，已將全文納入本文作為參考。

再者，本發明之柴式生長系統亦包括透過該隔離閥密 封至該生長艙之進料艙(較佳為真空密封)及透過該隔離閥可插入至該生長艙之進料機。該進料艙含有原料(諸如矽)及該進料機提供該原料至該生長區。該進料機亦可自該生長艙移動至該進料艙並且在該隔離閥關閉時可置放在該生長艙中。較佳地，該柴式生長系統復包括自該進料機接收該原料用之固定在該生長艙內側的滴加盒(drop box)。舉例而言，該滴加盒能具有斜底及位於該坩堝上之噴口使得提供自該進料機之原料能進入該滴加盒及添加至該坩堝，而無可觀的潑濺。該滴加盒底之斜率變換能取決於，舉例而言，該滴加盒高於該坩堝之高度及所欲之原料添加速率。舉例而言，該斜底能傾斜在約30°及約60°之間的角度。對具有內區及外區之坩堝而言，較佳為該滴加盒之噴口係置於該外進料區之上。該滴加盒能包括任何技術領域中習知之任何可以承受高溫結晶生長爐溫度與條件之材料，包含，舉例而言，諸如碳化矽之高模數、無污染之材料。

該進料艙能復包括置放該原料材料之容器。舉例而言，該容器能包括加料斗，具有位於該進料機之上，附有底噴口的漏斗。在此實例中，該進料機能包括進料盤，係由技術領域中習知之任何可以承受高溫結晶生長爐溫度與條件之材料所形成，該材料包含，舉例而言，高模數、無污染之材料，諸如碳化矽。該進料盤能包括自該容器接收該原料之接收區與連接至該接收區，能透過該隔離閥可插入至該生長艙的注射區。該加料斗之噴口能置於該接收區之側邊壁之內。較佳地，該注射區之剖面係小於該接收區之剖 面，再者，該注射區能具有剖面形狀為凹形之底，包含，舉例而言，具有自垂直對立傾斜之V型狀之壁。該凹底之斜率之變化能取決於，舉例而言，該進料至該生長艙之原料量。舉例而言，該注射區之壁能具有在約30°及約60°之間之斜率。再者，該進料盤之接收區能藉由幫助該原料傳送之振動機支撐。舉例而言，該振動機能支撐在該容器之加料斗上，且該加料斗能藉由至少一個負載元件支撐在該進料艙中，該負載元件可測量現有材料之量。

本發明之柴式生長系統能復包括一個或多個連接該隔離閥及進料艙之波紋管。該波紋管能使用任何技術領域中習知之裝置連接至該隔離閥，包含，舉例而言，手動操作的快釋接頭(quick release coupling)。以此方法，可將該進料艙自該生長區移開。舉例而言，當需要添加額外的原料至該進料艙時，該進料機能藉由該波紋管之移動，自該生長艙拉回至該進料艙，而無需斷開該進料艙與該生長艙。若欲使用，亦能使用夾置於該進料機、該隔離閥、及該波紋管之間的屏蓋系統。當該隔離閥開啟時該屏蓋系統能插入至該生長艙中及提供原料，及當進料完成、拉回該進料機、並關閉該隔離閥時，該屏蓋系統能進一步縮入至該進料艙內。舉例而言，該屏蓋系統能包括固定至該進料艙之後屏蓋及可投影至該生長艙及能滑至該後屏蓋之前屏蓋。

本發明之柴式生長系統之特定具體實施例及組件係示於第1圖至第6圖中，且在下文中討論。然而，該領域 中具通常知識者應明白此等圖式係在本質上僅用於例示而沒有限制性，僅藉由範例表示。許多修改以及其他具體實施例係在該領域中具有通常知識者之範疇內且被視為落入本發明之範疇內。此外，該領域中具通常知識者應了解到，特定組構為例示的，而實際組構將取決於特定系統。該技術領域中具有通常知識者亦將了解及識別出所示之具體元件之等效者，而不用過度實驗。

連續柴式(CCZ)生長系統10之具體實施例，係示意繪示於第1圖之剖面圖，並且包含坩堝艙12，約為安置在中心軸13上，並且圍住支撐雙壁坩堝16之基座14。中軸18連接至未繪示之馬達，該中軸繞著中心軸13轉動基座14及坩堝16。坩堝艙12包含提供惰性環境氣體(諸如氬)用之氣口，以及排出該環境氣體及減少該艙壓力用之真空氣口。

坩堝16包含限定其內部之內生長區22之內壁20，及與內壁20一起限定外環狀進料區26之外壁24。內壁20之開口28提供外進料區26及內生長區22之間受限制之流體交流(fluid communication)。可能以額外的壁製造額外的區及其他的流動控制。將固體矽提供至坩堝16，以側邊加熱器30及環狀底加熱器32加熱坩堝16至約1420℃，剛好微高於矽之熔點，使得矽熔融並且實質上以熔融之矽填入內生長區22及外進料區24。

拉取艙40自該坩堝艙12頂側垂直向上延伸且藉由拉取機隔離閥42與該坩堝艙12頂側真空隔離。拉取機制44 支撐、回收及延伸，並且轉動繩46，在該繩46之低端點具有夾子48以選擇性地持有有預定結晶配向之結晶矽晶種50。在操作中，拉取機制44透過開啟之拉取機隔離閥42降低結晶矽晶種50以微微與內生長區22之熔融物表面34接觸。在適當之溫度條件下，該內生長區熔融物表面的矽以相同於該晶種結晶配向固化在結晶矽晶種50上。之後，當其轉動致使額外的矽固化時，拉取機44自該熔融物緩慢拉起結晶矽晶種50且延伸該結晶以形成生長錠塊52。在初始期間，該錠塊52之直徑在冠區54內擴展，而之後增加該拉取速率使得該錠塊52之中心部份具有實質上固定之直徑，舉例而言，200或300毫米。

隨著該錠塊52之長度增加，該錠塊52將部分地被拉取至拉取艙40中。當已達所欲之最終長度時，舉例而言，1至2公尺，進一步增加該拉取速率以製造減少之直徑，最終與該熔融物分離之錠塊尾。然後將完成之錠塊完全拉取至拉取艙40，且關閉拉取機隔離閥42以隔離坩堝艙12與拉取艙40。當該完成之錠塊已冷卻足夠，之後將該錠塊自拉取艙40移開，並夾取新的結晶矽晶種至拉取繩46使得可自相同熱的坩堝16中拉取後續之錠塊。

然而，在CCZ中，該熔融物表面34之水平在錠塊52拉取之期間藉由至少間歇地在每一個錠塊之拉取期間提供額外的矽至坩堝16而實質上維持固定。在第1圖之具體實施例中，藉由進料機62提供之碎片或顆粒形式之固體矽粒60選擇性地透過進料機隔離閥64穿越該坩堝艙12之側邊 壁。可含有在其隔離艙內之進料機62，能自坩堝艙12拉出及關閉進料機隔離閥64，以允許重新補給原料至進料機62或維護該進料機62。噴口66係緊鄰於轉動中之外進料區26之上使得矽粒60以低速度滴落至外進料區26中，該矽粒60在該外進料區26中熔融且最後透過該開口28提供至內生長區22以維持該熔融物表面34之水平。

進料機62側邊插入坩堝艙12係有利地允許坩堝16之區之修改及原料之滴落半徑之調整而無須大幅修改坩堝艙12。然而，吾人應了解該進料機亦能沿著該坩堝艙座落在其他位置，係取決於，舉例而言，該艙內之組件的安置。舉例而言，該進料機可穿過位於該坩堝艙12頂側的進料機隔離閥，以從坩堝16上方提供原料。

本發明之柴式生長系統之具體實施例之進料機62上強加有許多要求。在錠塊生長期間，矽粒需要以控制之量傳送。該粒子需要以低速度進入熔融物以減少潑濺。部份之進料機62受到約至矽熔融之極高溫度。此外，部份與矽粒60接觸之進料機62必須不污染到矽。在補充期間，矽之提供(通常在加料斗)需要在坩堝艙12之控制環境中，但當坩堝16仍為熱時，該加料斗需要在延長之操作之後補充。若進料機62產生問題，而坩堝16在受控環境中維持熱時，對技師而言需要儘可能地處理到許多的完整部件。無論其來源如何，該矽原料會易於受到污染。

第2圖之剖面圖中部分詳細繪示之進料艙70係與部分繪示之生長系統10界接且提供矽原料與相關聯之摻雜 物至坩堝16之外進料區26。生長艙12包含一般具有圓柱形狀之側邊壁72及部份延伸至坩堝16上且支撐拉取艙40之頂蓋74。滴加盒76固定裝置在生長艙側邊壁72內側之排氣環78週邊。亦如第3圖以直角裝配圖所更加詳細繪示者，滴加盒76具有一般為矩形之剖面，且包含水平延伸之接收區78，該接收區78具有鄰接至形成在生長艙側邊壁72中之進料口79的開放接收端點，以及滑道80，該滑道80具有在約30°及60°之間之角度(舉例而言，45°)傾斜及下降之底板層81，並且延伸至完全橫覆在坩堝16之外進料區26上的開放噴口82。滑道80之底板層81需為平滑及延伸至其末端點離該熔融物表面較佳為不多於20mm之噴口82，以最小化潑濺。方便地，滴加盒76係藉由槽型底84及外罩86所形成，該兩者皆以高模數、無污染之材料(諸如碳化矽)所製造，然而亦可使用其他有足夠純度與強度之耐火材料。

若改變該坩堝16之尺寸或該區之位置，滴加盒76能輕易地以不同尺寸維度者置換並且能輕易地調整下述之進料機之插入的程度。

如第2圖所示，進料艙70可移動地裝設在自連續柴式生長系統10之中心軸13水平地及徑向地延伸之兩軌道92上的承軸90上。進料艙70包含進料機，該進料機具有可透過進料口79水平地插入至滴加盒76之接收區78的進料盤94，使得當操作及由進料艙70補給該CCZ生長系統10時，其噴口82橫覆滑道80之底板層81之上。藉此， 當矽原料從進料盤噴口96排出時，在從該噴口82短距離掉落至該外進料區26的熔融物之前，以短距離掉落至滑道80之底板層81及滑落至滑道80之斜坡。結果，該矽原料以相對低速度撞擊至該熔融物且不會造成明顯的波紋或潑濺。

進料盤94及提供原料至進料盤94之進料加料斗100係被含在具有其自身之氬氣供應及真空氣口之真空緊密隔離艙102中。隔離艙102可移動地裝設在沿著延伸自坩堝艙12之中心軸13之半徑之軌道92上及透過進料隔離閥64及波紋管組件106透過進料口79真空連接至CCZ生長系統10。進料機隔離閥64較佳為可擴展水冷閘閥，該閥亦可用於拉取機隔離閥42。進料機隔離閥64以螺帽固定至進料口79周圍之突緣107，藉以允許主要維護時易於分離進料艙70與CCZ生長系統10。

當進料加料斗100需要透過可移動的真空密封艙口外罩108充填，或無論當坩堝16被置換或進料艙70需要保養而該生長系統持續在熱的狀態時，將隔離艙102自CCZ生長艙10移開以從該進料口79透過進料隔離閥64、壓縮波紋管組件106移除進料盤94。之後，關閉進料隔離閥64，藉以隔離CCZ生長系統10與進料艙70及允許外界進入至進料系統70而不污染或擾亂該生長系統，並且亦允許進料盤94從坩堝16之溫度冷卻。

在中心軸109附近配置之進料加料斗100係有石英內襯(但該內襯係視需要者)，且具有位於漏斗區112及漏斗 噴口114之上之反向錐形折流器110以防止該固體原料之堵塞。如第4圖之具有自第3圖之相對側向方向之剖面正交視圖所示，漏斗噴口114合適於進料盤94之接收區116，該接收區116具有大致水平延伸之板層118。該漏斗噴口114之開口端點係緊接於板層118，但足夠遠以允許固體原料自漏斗噴口114離開。該漏斗噴口114之底口在下游方向可為略高以利於原料粒子之移動。接收區116具有大致矩形剖面並且連接至滑道120，該滑道120以諸如具有降下之剖面降至大致水平延伸至進料盤噴口96的注射區122，當注射區122已延伸通過進料隔離閥64及進料口79時，可將該噴口96置放成橫覆於坩堝16之外進料區26之上。該注射區122之底可為水平，亦即，非傾斜。繪示之進料盤94的具體實施例具有開口頂側，但其他具體實施例可覆蓋部分該進料盤。進料盤可為碳化矽或其他類似於滴加盒76之耐火材料所製造。

有不規則形狀及有時候伸長之具體已知尺寸分布的矽碎片可能含有碎料，該碎料易於與粒子流反向而堵塞在進料盤94之狹窄部份。因此，如第5圖之剖面圖所示，具有底之注射區122至少將易於沿著行進方向校正不規則形狀之進料之長維度，亦即，平行於水平延伸之通道或溝槽，藉以調準該原料。舉例而言，其可具有由兩個斜底壁126形成之V形剖面，自垂直而朝約30°及60°之間(舉例而言45°)對立傾斜，以及兩個垂直側邊壁124。在底壁126之間之接點可為尖形或曲形。一般而言，該底可為凸形，舉 例而言半圓形，此外，注射區122至少可封閉其頂側而具有鑽石形或管形。

回到第2圖，進料盤94之接收區116係固定在電動振動機130頂側，該電動振動機130之底係透過彈性墊134固定於平台132。平台132係懸掛於加料斗100俾使該進料盤94及在加料斗100內之矽能一同秤重。在操作中，以來自加料斗100之原料填充漏斗噴口114且在漏斗噴口114與進料盤94之接收區116之板層118之間形成原料堆疊。當振動機130動作(典型上為一系列脈衝)時，原料自漏斗噴口114離開而朝向滑道120，往下滑道120朝向注射區122及進料盤噴口96至坩堝16之外進料區26。脈衝數及其振幅決定傳送原料之量。若原料堵塞在進料盤94中，可增加振動振幅以解除堵塞。而對第2圖所示之具體進料機類型而言，其較佳為使用振動運動來輸送原料至坩堝，亦能使用其他不需要振動機130類型之進料機或傳送機。舉例而言，能用非振動進料機包括有內部轉動螺旋之靜態外管，或有靜態核心元件之轉動內螺紋外管，傳送原料至該坩堝。該技術領域中具通常知識者將知道其他能使用之進料機類型。

進料盤94可具有開口之頂側，且可自進料盤94噴射矽粉及矽粒沉積至接納該矽粉及矽粒之傳送通道。此外，當自生長艙10拉出進料盤94時，矽粒能自進料盤噴口96溢出。若矽粉及矽粒沉積至隔離閥64之機制或波紋管組件106之折疊中，該系統或許會因波紋管刺穿而變得無法操 作，需要大型清理或維修並且中斷錠塊操作。因此，如第6圖之剖面圖所繪示，進料盤94之注射區122係置於一般具有管形之伸縮屏蓋(telescoping shield)140內，該屏蓋140包含具有後端固定至隔離艙102之後屏蓋142，及可滑動地緊接納在該後屏蓋142內之前屏蓋144。

如所示，波紋管組件106係由前波紋管144及後波紋管146所組成，該波紋管組件106具有密封至在軌道92上自由滑動之載板148的內端點，而該載板148藉由一對彈簧150自隔離艙102偏離。該後波紋管146之後端點係密封至隔離艙102。該前波紋管144之前端點係密封至快釋接頭154，該快釋接頭154包含密封環156，可軸向密封而與突緣158接合以密封至隔離閥64。具有兩個把手162之環夾環160可手動轉動地將環夾環160上之鉤164與在突緣158上之針168接合，且因而緊固該在密封環156及突緣158之間之O型環密封。

在第6圖，鬆開快釋接頭154及自生長艙72中拉離進料盤94之拉回及脫離狀態中，彈簧150偏離伸縮屏蓋140之內屏蓋142以致使伸縮屏蓋140夾置於前及後波紋管144及146及進料盤94之注射區122之間，包含進料盤94之進料盤噴口96。當進料盤94欲藉由將隔離艙102向左推而回復到其部份在生長艙72內之可操作的位置時，密封環156係接合突緣158並藉由操作快釋接頭154而密封至該突緣158。進一步動作壓縮前波紋管144但彈簧150持續向前偏移內屏蓋142，以致使當其通過隔離閥64時罩 住噴口164。再更進一步動作將開始壓縮彈簧150以致使該內屏蓋142之動作減慢且進料盤94之注射區122投影在內屏蓋142及進料盤噴口96上，假設其可操作的位置在在該滴加盒76內側之斜板層81上。

進料艙70可藉由關閉隔離閥64而與CCZ生長系統10隔離，而透過密封之快釋接頭154維持與該CCZ生長系統10之機械式接觸，以致使隔離艙102可藉由其自身之氣體提供及真空泵氣口維持在真空。或者，可開啟隔離艙102以充填進料加料斗100。在隔離的的附著條件中，隔離艙102係被拉回到足以置放進料盤94之注射區122以及在注射區122周圍在該隔離閥64之進料機側上的內屏蓋142。

減少自CCZ生長系統10至進料艙70之氬回流係為重要，因為希望在坩堝16周邊有均勻之氬的下向流係來減少熔融物之非均勻性。穩固的滴加盒76能設計成不過度影響該下向流氣體流動及內屏蓋前端156能密合至進料盤94，以最小化至進料艙70之氣體流動。

應輸送足夠的矽原料以維持坩堝16中熔融物表面34之控制水平。亦即，若該熔融物水平下降，應提供更多原料以回復該熔融物水平至原高度。就多數操作條件而言，所欲之控制條件係固定之熔融物水平。然而，若欲改變熔融物水平，則該系統應以受控制之習知方式調整該熔融物水平。一種控制該熔融物表面34水平之方式係控制進料重量。生長錠塊52之重量能以與拉取機制44相關聯之負載元件予以測量，而未輸送原料之重量能藉由三個從隔離艙 102支撐加料斗110之負載元件170(繪示於第2圖中)予以測量。藉由該負載元件支撐之振動機130用之平台132及進料盤94係懸掛於加料斗110使得所有未輸送原料得以測量。兩組負載元件監控該系統中之坩堝16外的所有固體矽之重量。若控制器測定兩者重量之總和增加時，則該增加表示熔融物表面34之水平高度正在減少，暗示著需要提供更多原料至坩堝16且該控制器因此啟動振動機130以輸送足夠的原料以充填坩堝16。該負載元件係額外地秤取拉取機制44及加料斗110及藉由加料斗110支撐之部份進料艙70，但在該錠塊拉取之期間該裝置之這些部分沒有改變，故所有的變化都能歸因於矽之變化。

另一種控制該熔融物表面34之水平之技術係使用光學或非接觸手段監控，諸如從自該熔融物表面反射之最後光束之雷射三角測量，或利用截取自即時光學攝影機之影像分析。在此種控制形式中，測量係以間接手段得到所需之質量均衡且要求進一步計算以維持或控制該熔融物表面34之水平。

若欲成長之錠塊有預定類型及摻雜物濃度，可將未繪示之摻雜物分注器在其操作的位置置於進料盤94上，以比較於所提供之矽原料之量將選定之摻雜物之量分注至原料流中。

雖然所描述之系統係特別有用於連續柴式矽生長，但本發明仍能提供多種態樣應用於其他高溫生長系統中。

本發明上述表示之較佳之具體實施例係於繪示以及 說明之目的。其意圖並非用於述盡本發明或限制本發明至所揭露之精確形式。係有可能鑑於上述教示或實施本發明而做修改及變化。實施例係經選擇及描述成說明本發明之原理及其應用以使該技術領域中具有通常知識者在各種實施例中使用本發明及做出許多修改以適合所想到之特定使用。意圖限定本發明之範疇於本說明書隨附之申請專利範圍中以及其等效者。

10‧‧‧連續柴式生長系統

12‧‧‧坩堝艙

13‧‧‧中心軸

14‧‧‧基座

16‧‧‧坩堝

18‧‧‧中軸

20‧‧‧內壁

22‧‧‧生長區

24‧‧‧外壁

26‧‧‧進料區

28‧‧‧開口

30‧‧‧側邊加熱器

32‧‧‧環狀底加熱器

34‧‧‧熔融物表面

40‧‧‧拉取艙

42‧‧‧拉取機隔離閥

44‧‧‧拉取機制

46‧‧‧轉動繩

48‧‧‧夾子

50‧‧‧結晶矽晶種

52‧‧‧錠塊

54‧‧‧冠區

60‧‧‧固體矽粒

62‧‧‧進料機

64‧‧‧進料機隔離閥

66、82‧‧‧噴口

70‧‧‧進料艙

72‧‧‧側邊壁、生長艙

74‧‧‧頂蓋

76‧‧‧滴加盒

78‧‧‧排氣環、接收區

79‧‧‧進料口

80‧‧‧滑道

81‧‧‧板層

84‧‧‧槽型底

86‧‧‧外罩

90‧‧‧承軸

92‧‧‧軌道

94‧‧‧進料盤

96‧‧‧進料盤噴口

100‧‧‧進料加料斗

102‧‧‧隔離艙

106‧‧‧波紋管組件

107‧‧‧突緣

108‧‧‧外罩

109‧‧‧中心軸

110‧‧‧錐形折流器、加料斗

112‧‧‧漏斗區

114‧‧‧漏斗噴口

116‧‧‧接收區

118‧‧‧板層

120‧‧‧滑道

122‧‧‧注射區

124‧‧‧側邊壁

126‧‧‧斜底壁

130‧‧‧振動機

132‧‧‧平台

134‧‧‧彈性墊

140‧‧‧伸縮屏蓋

142‧‧‧後屏蓋

144‧‧‧前屏蓋、前波紋管

146‧‧‧後波紋管

148‧‧‧載板

150‧‧‧彈簧

154‧‧‧快釋接頭

156‧‧‧密封環、內屏蓋前端

158‧‧‧突緣

160‧‧‧環夾環

162‧‧‧把手

164‧‧‧鉤、噴口

168‧‧‧針

170‧‧‧負載元件

第1圖係本發明之柴式生長系統之具體實施例的剖面圖。

第2圖及第6圖係本發明之柴式生長系統用之進料系統之具體實施例的剖面圖。

第3圖係本發明之柴式生長系統用之滴加盒之具體實施例之直角裝配圖。

第4圖及第5圖係本發明之柴式生長系統用之進料盤之具體實施例之視圖。

10‧‧‧連續柴式生長系統

12‧‧‧坩堝艙

13‧‧‧中心軸

14‧‧‧基座

16‧‧‧坩堝

18‧‧‧中軸

20‧‧‧內壁

22‧‧‧生長區

24‧‧‧外壁

26‧‧‧進料區

28‧‧‧開口

30‧‧‧側邊加熱器

32‧‧‧環狀底加熱器

34‧‧‧熔融物表面

40‧‧‧拉取艙

42‧‧‧拉取機隔離閥

44‧‧‧拉取機制

46‧‧‧轉動繩

48‧‧‧夾子

50‧‧‧結晶矽晶種

52‧‧‧錠塊

54‧‧‧冠區

60‧‧‧固體矽粒

62‧‧‧進料機

64‧‧‧進料機隔離閥

66‧‧‧噴口

Claims (23)

1. 一種柴式生長系統，包括：生長艙，係包括坩堝、側邊壁、頂側壁、用於支撐該坩堝之基座、及可拉回地支撐用於接觸包含在該坩堝中之熔融物之晶種的拉取機制；隔離閥，係置於該生長艙之至少一個側邊壁中；進料艙，係透過該隔離閥真空密封至該生長艙且含有原料；以及進料機，係透過該隔離閥可插入至該生長艙中，以提供該原料至該生長艙，並可從該生長艙移動至該進料艙，且當該隔離閥關閉時可置放在該生長艙中。
2. 如申請專利範圍第1項所述之柴式生長系統，復包括滴加盒，係固定在具有從該進料機接收該原料之斜底的該生長艙內，以及位於該坩堝上方之噴口。
3. 如申請專利範圍第2項所述之柴式生長系統，其中，該斜底係傾斜在約30°及約60°之間的角度。
4. 如申請專利範圍第1項所述之柴式生長系統，其中，該坩堝包括位於該拉取機制下方之內區及與該內區有流體交流的環狀外區。
5. 如申請專利範圍第2項所述之柴式生長系統，其中，該坩堝包括位於該拉取機制下方之內區及與該內區有流體交流且置放於該滴加盒之該噴口下方的環狀外區。
6. 如申請專利範圍第2項所述之柴式生長系統，其中，該滴加盒包括碳化矽。
7. 如申請專利範圍第2項所述之柴式生長系統，復包括容器，用於在該進料艙內置放該原料。
8. 如申請專利範圍第7項所述之柴式生長系統，其中，該進料機包括進料盤，該進料盤具有用於自該容器接收該原料之接收區及連接至該接收區且具有小於該接收區之剖面的注射區，並透過該隔離閥可插入至該生長艙中。
9. 如申請專利範圍第8項所述之柴式生長系統，其中，該注射區具有凹底。
10. 如申請專利範圍第9項所述之柴式生長系統，其中，該凹底具有壁，該壁係自垂直至約30°及約60°之間對立傾斜之V形狀。
11. 如申請專利範圍第7項所述之柴式生長系統，其中，該容器包括加料斗，該加料斗具有附有置於該接收區之側邊壁內之底噴口的漏斗。
12. 如申請專利範圍第8項所述之柴式生長系統，復包括振動機，係支撐該接收區。
13. 如申請專利範圍第12項所述之柴式生長系統，其中，該振動機係支撐在該加料斗之上，且該加料斗藉由至少一個負載元件支撐在該進料艙之中。
14. 如申請專利範圍第8項所述之柴式生長系統，其中，該進料盤包括碳化矽。
15. 如申請專利範圍第1項所述之柴式生長系統，復包括波紋管，該波紋管係連接該隔離閥及該進料艙，使得該進 料艙可自該生長艙位移離開。
16. 如申請專利範圍第15項所述之柴式生長系統，其中，該波紋管係藉由手動操作快釋接頭而連接至該隔離閥。
17. 如申請專利範圍第15項所述之柴式生長系統，復包括屏蓋系統，當該進料機插入至該生長艙中時，係夾置於該進料機、該隔離閥及該波紋管之間，且當該隔離閥關閉時，係可縮入至該進料艙中。
18. 如申請專利範圍第1項所述之柴式生長系統，復包括屏蓋系統，當該進料機插入至該生長艙中時，係夾置於該進料機及該隔離閥之間，且當該進料機收回且該隔離閥關閉時，係可縮入至該進料艙中。
19. 如申請專利範圍第18項所述之柴式生長系統，其中，該屏蓋系統包括後屏蓋，該後屏蓋係固定至該進料艙及前屏蓋，該前屏蓋可滑至該後屏蓋中且可投影至該生長艙中。
20. 如申請專利範圍第19項所述之柴式生長系統，復包括滴加盒，該滴加盒係固定在具有自該進料機接收該原料之斜底之該生長艙內，以及位於該坩堝上方之噴口，以及其中，該前屏蓋具有可插入至該滴加盒之接收區的端點。
21. 如申請專利範圍第20項所述之柴式生長系統，其中，該斜底係傾斜在約30°及約60°之間的角度。
22. 如申請專利範圍第1項所述之柴式生長系統，其中，該隔離閥係有可擴展水冷閘之閘閥。
23. 如申請專利範圍第1項所述之柴式生長系統，復包括負載元件，該負載元件係支撐該拉取機制及該進料機，以及反應至該負載元件的控制裝置，以用於啟動該進料機而提供該原料至該艙中。