捕获拉晶器的区域的瞬时热反应的方法及系统与流程

捕获拉晶器的区域的瞬时热反应的方法及系统
1.相关申请案的交叉参考
2.本技术主张2021年2月16日申请的第63/200,119号美国临时专利申请案的优先权，所述申请案的全文以引用的方式并入本文中。
技术领域
3.本公开大体上涉及拉晶器及单晶锭的生产，且更具体来说，涉及捕获在拉晶器内的区域的瞬时热反应的方法及系统。


背景技术：

4.在高温及真空条件下在拉晶器中生产单晶锭。晶体的温度、从中可拉出所述晶体的熔融物及在所述拉晶器内的组件会影响所述硅锭的生产。在硅锭的生产期间，这些温度随条件及变量的变化而变化。当前，没有实用、可靠、且准确的方法来测量在拉晶器内部的温度场的瞬时特性。特定来说，没有用于测量所述硅锭(本文也被称为晶体)、从中拉出锭的熔融物或在所述拉晶器的所述热区域内的表面的温度场的瞬时特性的此类方法。常用的接触或非接触测量方法难以测量在晶体炉及热区域内的静态温度场，更不用说此类温度场的瞬时特性。
5.例如，在一种已知方法中，高温计被用于监测一个经选定点的晶体表面温度。此测量值可与拉晶速率一起被用于计算随时间变化的冷却及淬火速率。此方法只能捕获一个点的温度，不能捕获温度场或瞬时特性的完整信息。
6.此背景章节希望向读者介绍可能与本公开的各种方面有关的技术的各种方面，所述方面在下文经描述及/或经主张。所述讨论被认为有助于向读者提供背景信息，以促进更好地理解本公开的各种方面。因此，应了解，这些陈述是从此角度来解读的，而非作为对背景技术的承认。


技术实现要素：

7.本公开的一方面是一种用于生产锭的系统，所述系统包含拉晶器、高温计、红外线(ir)摄像机及控制器。所述拉晶器包含具有一或多个组件的热区域，且从所述区域可拉出硅锭。所述高温计经定位以查看在所述热区域内的受关注区域。所述ir摄像机经定位以查看在所述热区域内的一或多个额外受关注区域。所述控制器经连接到所述拉晶器、所述高温计及所述ir摄像机。所述控制器经编程以控制所述拉晶器生产硅锭，在生产所述硅锭时从所述高温计接收在所述热区域内的所述受关注区域的温度数据，且在生产所述硅锭时从所述ir摄像机接收所述一或多个额外受关注区域的ir图像。
8.在另一方面内，一种用于生产硅锭的系统包含拉晶器、高温计、红外线(ir)摄像机及控制器。所述拉晶器包含具有多个组件的热区域，且从所述区域中可拉出硅锭。所述高温计经定位以查看在所述热区域内的受关注区域。所述ir摄像机经定位以查看在所述热区域内的一或多个额外受关注区域。所述控制器经连接到所述拉晶器、高温计及所述ir摄像机。
所述控制器经编程以控制所述拉晶器，以将步进变化引入到所述多个组件的一或多个组件的特性。所述控制器经编程以执行以下一项或两项：在将所述步进变化引入到所述特性之前、期间及之后，从所述高温计接收在所述热区域内的所述受关注区域的温度数据，且在将所述步进变化引入到所述特性之前、期间及之后，从所述ir摄像机接收所述一或多个额外受关注区域的ir图像。
9.本公开的另一方面是一种方法。所述方法包含定位高温计以查看在拉晶器的热区域内的受关注区域，所述拉晶器的所述热区域具有包含第一多个组件的第一配置。红外线(ir)摄像机经定位以查看在所述热区域内的一或多个额外受关注区域。所述拉晶器被控制以将步进变化引入到所述多个组件的一或多个组件的特性。所述方法包含以下一项或两项：在将所述步进变化引入到所述特性之前、期间及之后，从所述高温计接收在所述热区域内的所述受关注区域的第一温度数据；且在将所述步进变化引入到所述特性之前、期间及之后，从所述ir摄像机接收所述一或多个额外受关注区域的第一ir图像。所述拉晶器的所述热区域内的至少一个组件被改变，以产生具有第二多个组件的所述热区域的第二配置。控制所述拉晶器以将所述步进变化重新引入到在所述热区域的所述第二配置中的所述特性。所述方法包含执行以下一项或两项：在将到所述特性的所述步进变化重新引入到所述热区域的所述第二配置之前、期间及之后，从所述高温计接收在所述热区域内的所述受关注区域的第二温度数据，及在将到所述特性的所述步进变化重新引入到所述热区域的所述第二配置之前、期间及之后，从所述ir摄像机接收所述一或多个额外受关注区域的第二ir图像。
10.与上述方面相关的特征存在各种改进。其它特征也可并入上述方面。所述改进及额外特征可单独存在，或可以任何组合存在。例如，下文经讨论的与所说明的实施例中的任何一者有关的各种特征可单独或以任何组合并入上述方面。
附图说明
11.图1是用于从硅熔融物中拉出单晶锭的拉锭器设备的横截面图。
12.图2是拉锭器设备的横截面图。
13.图3是通过丘克拉斯基法(czochralski method)生长的单晶硅锭的部分前视图。
14.图4是用于图1的拉锭器设备的控制系统的计算装置的框图。
15.图5是由在图1的拉锭器设备内的ir摄像机捕获的实例图像。
16.图6是在图1的拉锭器设备内的第一区域的温度分布图，其在用于相同区域及组合的坩埚高度及加热器功率，及模拟温度分布图的三种不同组合下由ir摄像机测量。
17.图7是在图1的拉锭器设备内的第二区域的温度分布图，其在用于相同区域及组合的坩埚高度及加热器功率，及模拟温度分布图的三种不同组合下由ir摄像机测量。
18.图8是展示将步进变化引入到拉锭器设备的侧加热器及底部加热器的功率的图。
19.图9是在图8中所展示的步进变化期间，由高温计测量的侧加热器功率及晶座温度的图。
20.图10是由高温计测量的晶座的温度及在图8中所展示的步进变化期间晶座的温度变化率的图。
21.图11是在同一时间内在晶座的位置(及所述晶座经附接到其的坩埚)及晶座温度
内的步进变化图。
22.图12是来自图11的部分数据的图。
23.图13是基于图1的拉锭器设备，在用于拉锭器设备的两个不同温度设置下，用于两个不同热区域的第一瞬时δ1的图。
24.图14是在图13中所使用的两种不同功率设置下，用于两个不同热区域的第二瞬时δ2的图表。
25.图15是在图13及14中所使用的两个不同功率设置下，用于两个不同热区域的第二瞬时δ2的时间常数图。
26.各种图式中类似元件符号指示类似元件。
具体实施方式
27.用于生长单晶锭的拉锭器设备(或更简单“拉锭器”或“拉晶器”)大体上在图1中经指示为“100”。拉锭器设备100包含拉晶器壳体108，其界定用于从硅或类似半导体材料的熔融物104中拉出锭113的生长室152。控制系统172(也被称为“控制器”)控制拉锭器100及其组件的操作。拉锭器设备100包含经安置于生长室152内用于固持硅熔融物104的坩埚102。坩埚102由晶座106支撑。
28.坩埚102包含底板129及从底板129向上延伸的侧壁131。侧壁131大体上是垂直的。底板129包含在侧壁131下方延伸的坩埚102的弯曲部分。坩埚102内是具有熔融物表面111(即，熔融物-锭界面)的硅熔融物104。晶座106由轴件105支撑。晶座106、坩埚102、轴件105及锭113具有共享纵轴a或“拉轴”a。
29.提拉机构114经安置于用于从熔融物104中生长且拉出锭113的拉锭器设备100内。提拉机构114包含提拉缆线118、经耦合到提拉缆线118的一端的晶种保持器或卡盘120，及经耦合到晶种保持器或卡盘120以起始晶体生长的晶种122。提拉缆线118的一端经连接到滑轮(未经展示)或滚筒(未经展示)，或任何其它适合类型的升降机构，例如轴件，且另一端经连接到固持晶种122的卡盘120。在操作中，降低晶种122以接触熔融物104。提拉机构114经操作以致使晶种122上升。这引起从熔融物104中拉出单晶锭113。
30.在加热及拉晶期间，坩埚驱动单元107(例如，电动机)旋转坩埚102及晶座106。在生长工艺期间，升降机构112沿拉轴a升高且降低坩埚102。随着锭生长，硅熔融物104被消耗，且在坩埚102内的熔融物的高度降低。坩埚102及晶座106可被升高，以将熔融物表面111保持在相对于拉锭器设备100的相同位置处或其附近。
31.晶体驱动单元(未经展示)也可沿与坩埚驱动单元107旋转坩埚102的方向相反的方向旋转(例如反向旋转)提拉缆线118及锭113。在使用同转(iso-rotation)的实施例中，晶体驱动单元可沿与坩埚驱动单元107旋转坩埚102的相同方向旋转提拉缆线118。另外，晶体驱动单元在生长工艺期间根据需要相对于熔融物表面111升高且降低锭113。
32.拉锭器设备100可包含惰性气体系统以从生长室152引入且抽出惰性气体，(例如氩气)。拉锭器设备100也可包含用于将掺杂剂引入熔融物104的掺杂剂馈送系统(未经展示)。
33.根据丘克拉斯基单晶生长工艺，向坩埚102装填定量的多晶硅(polycrystalline silicon或polysilicon)(例如，250kg或更多的装料)。可使用多种多晶硅源，例如，包含由
在流体化床反应器内的硅烷或卤代硅烷的热分解产生的粒状多晶硅，或在西门子(siemens)反应器中产生的多晶硅。旦多晶硅被添加到坩埚内以形成装料，装料被加热到大约高于硅熔化温度(例如，约1412℃)的温度以熔化装料。在一些实施例中，将装料(即，所得熔融物)加热到至少约1425℃、至少约1450℃或甚至至少约1500℃的温度。拉锭器设备100包含底部绝缘层110及侧面绝缘层124，以将热量保留在拉晶器设备100中。在经说明实施例中，拉锭器设备100包含经安置于坩埚底板129下方的底部加热器126。坩埚102可被移动到相对靠近底部加热器126的位置，以熔融装料到坩埚102的多晶体。
34.为形成锭，晶种122与熔融物104的表面111接触。操作提拉机构114以将晶种122从熔融物104中拉出。锭113包含冠部142，其中锭113从晶种122向外过渡且逐渐变细，以达到目标直径。锭113包含通过增加拉晶速率生长的晶体的恒定直径部分145或圆柱形“主体”。锭113的主体145具有相对恒定直径。锭113包含尾部或端部锥体(未经展示)，其中锭的直径在主体145后逐渐变细。当直径变得足够小时，锭113随后与熔融物104分离。锭113具有延伸穿过冠部142及锭113的终端的中心纵轴a。
35.拉锭器设备100包含侧加热器135及围绕坩埚102的晶座106，以保持在晶体生长期间熔融物104的温度。当坩埚102沿拉轴a上下移动时，侧加热器135径向向外经安置到坩埚侧壁131。侧加热器135及底部加热器126可为允许侧加热器135及底部加热器126如本文所描述那样操作的任何加热器类型。在一些实施例中，加热器135、加热器126是电阻加热器。侧加热器135及底部加热器126可由控制系统172控制，使得在整个拉晶过程中控制熔融物104的温度。
36.拉锭器设备100也包含反射体151(或“隔热板”)，在锭生长期间，所述反射体151经安置于生长室152内，且位于覆盖锭113的熔融物104上方。在晶体生长期间，反射体151可部分地经安置于坩埚102内。隔热板151界定用于在锭被提拉机构114拉出时接收锭113的中央通道160。
37.反射体151一般是隔热板，其适于将热量保持在反射体下方及熔融物104上方。在此方面，可使用本领域内已知的任何反射体设计及构造材料(例如石墨或灰色石英)，但不限于此。反射体151具有底部138(图2)，且在锭生长期间，反射体151的底部138与熔融物的表面分离距离hr。
38.在硅晶锭的生产期间，高温计174及红外线(ir)摄像机176经定位以查看热区域的经选定区域(即，生长室152的下部，例如坩埚102及晶座106)、晶体锭113或熔融物104。高温计174及ir摄像机176有时在本文中被统称为温度监测系统。
39.高温计174因其能够测量高温计所需监测的温度范围内的温度通常被选择。在一个实例中，高温计174可用于测量700℃到3500℃的温度。在另一实例中，高温计174可用于测量200℃到1400℃之间的温度。这些实例高温计可包含两个不同传感器，一个用于测量温度，另一个用于测量发射率。其它实施例可包含高温计摄像机174，其可用于测量任何其它适合温度范围内的温度，包含更宽温度范围或更窄温度范围。
40.ir摄像机176通常也被选择因其能够测量ir摄像机176所需监测的温度范围内的温度。在一个实例中，ir摄像机176可用于测量600℃到1600℃之间的温度。在另一实施例中，ir摄像机176可用于测量800℃到3000℃之间的温度。其它实施例可包含ir摄像机176，其可用于测量任何其它适合温度范围内的温度，包含更宽温度范围或更窄温度范围。
41.高温计174经安装于拉晶器100的顶部，且沿拉晶器100及锭113的中心轴a对准。在实例实施例中，高温计174经安装到提拉机构114的一部分。在此位置，高温计174可查看晶座106、熔融物表面111、晶体锭113及反射体151的至少部分。在操作期间，拉晶器100的部分可阻挡高温计174的视野。因此，在晶体拉动操作期间，可对准高温计，且在必要时重新对准待经监测的位置。
42.ir摄像机176经定位以通过观察端口178查看生长室152的内部，所述观察端口178可为操作员观察端口，或ir光可穿过的任何其它部分。ir摄像机176可通过观察端口178查看熔融物104、晶体锭113的表面及反射体151的至少部分。在实例实施例中，ir摄像机176捕获在约780nm到1080nm之间的近红外线波长范围内的图像。在其它实施例中，ir摄像机176可捕获任何其它适合红外线波长或红外线波长范围内的图像。在实例实施例中，ir摄像机176经安装到三轴齿轮传动的摄像机头(未经展示)上，以允许将ir摄像机调整到所需位置，且固持在所述位置，以根据需要持续或一致地反复移动到所需位置。在一些实施例中，可校准ir摄像机176及高温计174，以对准由ir摄像机176及高温计174两者查看的共享区域。
43.根据本公开的实施例生产单晶硅锭113，且大体上，丘克拉斯基法经展示于图3中。锭113包含颈部116、向外扩张部分142(同义词为“冠”或“圆锥体”)、肩部119及恒定直径主体145。颈部116经附接到与熔融物接触且被抽出以形成锭113的晶种122。主体145悬挂在颈部116上。旦锭113的圆锥体部分142开始形成，颈部116终止。
44.如图3中可看出，锭113的恒定直径部分145具有圆周边缘150。中心轴a平行于圆周边缘150，且半径r从中心轴a延伸到圆周边缘145。中心轴a也穿过圆锥体142及颈部116。主锭体145的直径(即，半径r的两倍)可变化，且在一些实施例中，直径可为约150mm、约200mm、约300mm、大于约300mm、约450mm或甚至大于约450mm。
45.单晶硅锭113一般可具有任何电阻率。单晶硅锭113可经掺杂或未经掺杂。
46.图4是可用作控制系统172或用作控制系统172的部分的实例计算装置400。计算装置400包含处理器402、存储器404、媒体输出组件406、输入装置408及通信接口410。其它实施例包含不同组件、额外组件且/或不包含图4中所展示的所有组件。此外，一些实施例包含与控制系统172分离(及另外)的计算装置400。例如，可使用单独计算装置400接收且处理数据(例如，如使用本文所描述的技术所获取的数据)，以执行拉晶模拟，且基于所接收的数据调整模拟参数。
47.处理器402经配置以用于执行指令。在一些实施例中，可执行指令可经存储于存储器404中。处理器402可包含一或多个处理单元(例如，在多核配置中)。本文所使用的术语处理器是指中央处理单元、微处理器、微控制器、精简指令集电路(risc)、特定应用集成电路(asic)、可编程逻辑电路(plc)及能执行本文所描述的功能的任何其它电路或处理器。以上仅为实例，因此无意以任何方式限制术语“处理器”的定义及/或含义。
48.存储器404存储用于本文所描述的技术的性能的非暂时性计算机可读指令。当由处理器402执行时，此类指令致使处理器402执行本文所描述的方法的至少部分。在一些实施例中，存储器404存储计算机可读指令，用于经由媒体输出组件406向用户提供用户接口，且从输入装置408接收且处理输入。存储器404可包含但不限于随机存取存储器(ram)，例如动态ram(dram)或静态ram(sram)、只读存储器(rom)、可抹除可编程只读存储器(eprom)、可电子抹除可编程只读存储器(eeprom)及非易失性ram(nvram)。尽管经说明为与处理器402
分离，但在一些实施例中，存储器404与处理器402组合，例如在微控制器或微处理器中，但仍然可单独被参考。上述存储器类型仅为实例，因此不限于可用于计算机程序的存储的存储器类型。
49.媒体输出组件406经配置以向用户(例如，系统的操作员)呈现信息。媒体输出组件406为能够向用户传送信息的任何组件。在一些实施例中，媒体输出组件406包含输出转接器，例如视频转接器及/或音频转接器。输出转接器可操作地经连接到处理器402，且可操作地经连接到输出装置，例如显示装置(例如，液晶显示器(lcd)、发光二极管(led)显示器、有机发光二极管(oled)显示器、阴极射线管(crt)、“电子墨水”显示器、一或多个发光二极管(led)或音频输出装置(例如，扬声器或头戴式耳机)。
50.计算装置400包含或经连接到用于从使用者接收输入的输入装置408。输入装置408是允许计算装置400从用户接收模拟及/或数字命令、指令或其它输入的任何装置，包含视觉、音频、触摸、按键、手写笔轻触等。输入装置408可包含，例如，可变电阻器、输入拨盘、键盘(keyboard)/小键盘(keypad)、定点装置、鼠标、触笔、触敏面板(例如，触摸板或触摸屏幕)、陀螺仪、加速计、位置检测器、音频输入装置或其任何组合。例如触摸屏幕的单个组件可用作媒体输出组件406的输出装置及输入装置408两者。
51.通信接口使计算装置400能够与远程装置及系统通信，例如远程传感器、远程数据库、远程计算装置等，且可包含用于与多于一个远程装置或系统互动的多于一个通信接口。通信接口可为允许计算装置400直接或经由网络与远程装置及系统通信的有线或无线通信接口。无线通信接口可包含射频(rf)收发器、转接器、wi-fi收发器、收发器、近场通信(nfc)收发器、红外线(ir)收发器及/或用于无线通信的任何其它装置及通信协议。(bluetooth是华盛顿州柯克兰市bluetooth特殊利益集团的注册商标；zigbee是加利福尼亚州圣拉蒙市zigbee联盟的注册商标。)有线通信接口可使用用于直接通信的任何适合的有线通信协议，包含但不限于usb、rs232、i2c、spi、模拟及专用i/o协议。在一些实施例中，有线通信接口包含有线网络转接器，允许计算装置400经耦合到网络，例如因特网、局域网(lan)、广域网(wan)、网状网络及/或任何其它网络，以经由所述网络与远程装置及系统通信。
52.本文所讨论的计算机系统可包含额外、较少或替代功能，包含本文其它地方所讨论的功能。本文所讨论的计算机系统可包含或经由存储于一或多个非暂时性计算机可读媒体上的计算机可执行指令实现。
53.ir摄像机176及高温计174被用于连续监测热区域、晶体或熔融物的选定部分的表面温度。在硅锭113拉出过程期间，经监测温度可被用于监测受关注区域的温度。这些经监测温度可与模拟温度比较，且被用于校准且改进用于拉晶过程的模拟。此外，在一些实施例中，在使用ir摄像机176及高温计174捕获选定区域的温度时，步进变化或一系列步进变化可被引入进选定工艺条件(例如加热器135及加热器126的功率、坩埚102的位置及反射体151的位置等)。通过此操作，由此类步进变化引起的温度场的瞬时特性可经捕获，且在不同热区域与工艺之间经比较。这些变化包含但不限于关键热区域组件通过在特定预定位置的辐射及传导产生的加热或冷却效应而引起的表面温度变化。定量捕获这些瞬时特性可有助于设计高效的热区域及晶体工艺。
54.图5是由ir摄像机176捕获的实例图像500。在图像500中，标记三个受关注的区域。
第一区域502是晶座106的中心。第二区域504是反射体151的一部分，例如在反射体151内的凹口。第三区域506是连接第一区域502的直线的区域，且位于晶座106的外边缘上。受关注区域(例如，第一区域502、第二区域504及第三区域506)的温度分布及梯度分布可从由ir摄像机176捕获的图像(例如，实例图像500)提取。
55.参考图6及7，从ir摄像机176及高温计174收集的数据可被用于为热模拟提供校准参考，且提高其精度，减少从输入特性的误差，例如热区域材料的热导率等。图6是第一区域502(即，晶座106的中心-如图5中所展示)的温度分布图，其在用于相同区域及组合的坩埚102高度及加热器135、加热器126功率，及模拟温度分布图的三种不同组合下由ir摄像机176测量。图7是第二区域504(即反射体151的部分—如图5中所展示)的温度分布图，其在用于相同区域及组合的坩埚102高度及加热器135、加热器126功率及模拟温度分布图的三种不同组合下由ir摄像机176测量。在图6及7中，由ir摄像机176测量的温度分布非常好地遵循模拟温度分布的趋势，但展现恒定偏差。因此，通过使用从ir摄像机176获取的数据，在校准由ir摄像机176测量的温度分布时，可通过修改输入特性消除或减少此类偏差。因此，可根据需要生产更精确的模拟温度分布。
56.尽管上文所讨论的数据由使用ir摄像机176捕获，但同样的技术也可被应用到由使用高温计174所获取的数据。ir摄像机176及高温计174可被用于捕获在拉晶器100内关于相同点的温度数据，或在拉晶器100内各自捕获关于不同点的数据。在一些实施例中，ir摄像机176被用于在特定时间或短时间期间内捕获多个选定点的温度，高温计174被用于在相对较长时间期间内捕获特定点的温度。参考由高温计174获取的温度数据在下文描述额外实例，但使用ir摄像机176(另外或替代地)可获取类似数据且被用于类似目的。
57.温度监测系统可被用于监测拉晶器100内的温度瞬时，响应于在拉晶器100的一或多个操作变量内的步进变化。此为，在拉晶器100的受控变数(例如坩埚高度、各种加热器的功率等)以已知量被故意改变时，ir摄像机176及高温计174中的一者或两者可收集在拉晶器100内的受关注区域的温度数据。下文所描述的技术可在坩埚中有硅或没有硅的情况下经执行，且可在晶体生长期间经执行。
58.参考图8、9及10，当高温计174测量晶座106的温度时，引入在加热器135、加热器126功率内的步进变化。图8是展示在大约260分钟的时间内引入在侧加热器135及底部加热器126的功率内的步进变化的图。侧加热器功率从0kw增加到60kw，且底部加热器功率从0kw增加到5kw。图9是由高温计174测量的侧加热器功率及晶座106的温度的图。此实例中所使用的高温计174具有700℃的较低温度检测阈值，因此，在700℃以下不捕获温度数据。其它实施例可包含具有温度检测阈值低于700℃的高温计174，以允许捕获额外温度数据。图10是由高温计174及晶座106的温度变化率测量的晶座106的温度的图。如图10中所展示，在此特定拉晶器100(使用特定加热器126、加热器135、特定晶座106及拉晶器100的其它特定组件)中由从0kw到60kw的侧加热器功率及从0kw到5kw的底部加热器功率的步进变化引起的温度瞬时的时间常数为900分钟或15小时，如温度变化率的衰减所指示。因此，从图10中所展示的结果可知，此特定变化(没有任何其它变化)将需要约15小时才能达到基本稳定状态。此外，可根据温度变化率的衰减计算且预测在15小时内任何时间的特定温度。
59.图11到14说明温度监测系统的另一实例应用。在此应用中，晶座106在4小时间隔内在一系列步进变化中被升起，逐渐靠近反射体151及冷却套(未经展示)，其为在热区域内
的隔热板及主动冷却装置。图11中展示在晶座106位置(由晶座106附接到坩埚102的位置确定)内的步骤变化。图11也展示在包含在晶座106位置内的步进变化的时间段期间内由高温计174监测的晶座106的监测温度。图11中的区域1200在图12中扩张。如图11中所展示，步进变化在每一步进处产生两个温度瞬时，图12中对此进行了详细描述。图12中的t1及t2为在瞬时结束时的每一晶座温度，也是在下一个瞬时开始时的温度。δ1、δ2是在每一瞬时开始及结束时在晶座温度之间的差。在每一步进变化时，晶座106被移动到更靠近冷却套及反射体151，且晶座151的温度瞬时由来自冷却套的冷却效应及来自反射体151的辐射遮蔽效应引起。通过测量δ1及δ1的时间常数，可捕获由将晶座106移动到这两部分引起的瞬时特性。
60.通过比较不同热区域设计内的此类瞬时特性，可确定能实现预期效率的设计。例如，在两个不同功率设置下，对两个不同热区域执行上文经描述及经展示的测量。图13是在两种不同温度设置(60kw侧加热器功率及5kw底部加热器功率；及90kw侧加热器功率及5kw底部加热器功率)下，对两个不同热区域(lh-长加热器配置及sh-短加热器配置)的δ1的图。可看出，sh配置在较高坩埚位置具有较大影响，但在225mm或以下坩埚位置具有较小的影响。每一步进变化时的另一温度瞬时由附近的热区域组件(例如反射体、侧绝缘层等)引起。在第一瞬时中晶座106上的温度及位置变化δ1通过辐射及传导的组合，引起在所述附近热区域部件上的温度变化。第二瞬时δ2是达到温度平衡且再次影响晶座106温度的所述部件的结果。即，当将步进变化引入位置后将坩埚102固持在恒定位置时，δ2是在热区域组件稳定(例如，达到平衡或稳定状态)时的温度变化。图14是在两种不同功率设置下用于两个不同热区域的δ2的图。可看出，sh配置在坩埚及两种电源设置的所有位置下具有更大影响。由于第二瞬时δ2是由正在经历温度稳定的热区域部件引起，因此其时间常数(例如瞬时持续时间)较长，且反映相关热区域部件的热特性。图15是在两种不同功率设置下用于两个不同热区域的时间常数δ2的图。如图15中所展示，sh配置在坩埚102的所有位置处具有较长瞬时。对于每一配置(sh或lh)，不同功率设置的时间常数大体上相同。此展示加热器126、加热器135的功率设置不会显著影响主导此瞬时的材料的热特性。
61.尽管参考在晶座106位置内的步进变化(且晶座106经附接到坩埚102)在上文经讨论，但上文技术可被应用到移动、步进变化或显著变化被应用到热区域的任何组件或可影响温度场的任何操作设置。过程可被用于比较影响同热区域的不同变化，或比较不同的热区域。此外，依赖温度测量的上述描述形成高温计，但可类似地使用来自ir摄像机的温度测量(例如，受关注区域的测量对高温计或受关注及温度梯度的更大区域是不可见的)。因此，执行这些技术可被用来帮助将热区域及晶体生长工艺的能力特性化。
62.图标中所描绘的任何逻辑流都不需所展示的特定顺序或循序顺序以达成所要结果。此外，可从所描述流程中提供其它步骤，或消除其它步骤，且其它组件可被添加到所描述系统，或从所描述系统移除。因此，其它实施例在随附权利要求书内。
63.应了解，特定来说，已经详细描述的上述实施例仅为实例或可能的实施例，且可包含许多其它组合、添加或替代方案。
64.而且，组件的特定命名、术语大写、属性、数据结构或任何其它过程或结构方面不是强制的或重要的，且实施本公开或其特征的机构可具有不同的名称、格式或协议。此外，可经由硬件及软件的组合(如经描述)，或完全在硬件元件中实施系统。此外，在本文所描述
的各种系统组件之间的特定功能划分仅是一个实例，而非强制的；由单个系统组件执行的功能可由多个组件执行，且由多个组件执行的功能可由单个组件执行。
65.本文贯穿说明书及权利要求书所使用的近似语言可被用于修改任何定量表示，所述定量表示可允许变化，而不导致与其相关的基本功能内的变化。因此，由一个或若干术语(例如“大约”及“大体上”)修改的值不限于特定精确值。在至少一些例子中，近似语言可对应于用于测量值的仪器的精度。在此处及贯穿说明书及权利要求书中，范围限制可被组合及/或被交换，除非上下文或语言另有指示，否则此类范围被识别且包含其中经含有的所有子范围。
66.所属领域的技术人员经审慎考虑可在不偏离本公开的预期精神及范围的情况下，对本公开的教导进行各种更改、修改及改变。希望本公开包含此类变更及修改。
67.本书面说明使用实例描述本公开，包含最佳模式，且使所属领域的技术人员能够实践本公开，包含制造且使用任何装置或系统且执行任何经并入的方法。本公开的可专利范围由权利要求书界定，且可包含所属领域的技术人员想到的其它实例。如果此类其它实例具有不用于权利要求书的文字语言的结构元件，或如果所述实例包含与权利要求书的文字语言没有实质性差异的等效结构元件，那么所述实例希望在权利要求书的范围内。

技术特征：
1.一种用于生产硅锭的系统，所述系统包括：拉晶器，其包含其中具有多个组件的热区域，且可从所述区域中拉出硅锭；高温计，其经定位以查看在所述热区域内的受关注区域；红外线(ir)摄像机，其经定位以查看在所述热区域内的一或多个额外受关注区域；及控制器，其经连接到所述拉晶器、高温计及所述ir摄像机，所述控制器经编程以：控制所述拉晶器，以将步进变化引入到所述多个组件的一或多个组件的特性；及以下一项或两项：在将所述步进变化引入到所述特性之前、期间及之后，从所述高温计接收在所述热区域内的所述受关注区域的温度数据；及在将所述步进变化引入到所述特性之前、期间及之后，从所述ir摄像机接收所述一或多个额外受关注区域的ir图像。2.根据权利要求1所述的系统，其中在所述热区域内的所述一或多个组件包括晶座、反射体、坩埚、侧加热器、底部加热器、冷却套，及在生产硅锭时在所述坩埚内的硅熔融物及从所述硅熔融物延伸的硅锭。3.根据权利要求2所述的系统，其中所述热区域内的所述受关注区域包括所述晶座的一部分或所述硅熔融物的表面的一部分。4.根据权利要求2或权利要求3所述的系统，其中所述一或多个额外受关注区域选自所述反射体的一部分、所述硅锭的一部分及所述硅熔融物的表面的一部分。5.根据权利要求2至4中任一权利要求所述的系统，其中一或多个组件的所述特性的所述步进变化包括在所述坩埚的位置中的步进变化、在所述晶座的位置中的步进变化、在所述侧加热器的功率输出中的步进变化、在所述底部加热器的功率输出中的步进变化，在所述反射体的位置中的步进变化、在所述冷却套的位置中的步进变化及在所述侧加热器或所述底部加热器的位置中的变化中的一或多者。6.一种用于生产硅锭的系统，所述系统包括：拉晶器，其包含具有一或多个组件的热区域，且可从所述区域可拉出硅锭；高温计，其经定位以查看在所述热区域内的受关注区域；红外线(ir)摄像机，其经定位以查看在所述热区域内的一或多个额外受关注区域；及控制器，其经连接到所述拉晶器、高温计及所述ir摄像机，所述控制器经编程以：控制所述拉晶器生产硅锭；在生产所述硅锭时，从所述高温计接收在所述热区域内的所述受关注区域的温度数据；且在生产所述硅锭时，从所述ir摄像机接收所述一或多个额外受关注区域的ir图像。7.根据权利要求6所述的系统，其中在所述热区域内的所述一或多个组件包括晶座、反射体、坩埚、及在生产硅锭时在所述坩埚内的硅熔融物及从所述硅熔融物延伸的硅锭。8.根据权利要求7所述的系统，其中在所述热区域内的所述受关注区域包括所述晶座的一部分或所述硅熔融物的表面的一部分。9.根据权利要求7或权利要求8所述的系统，其中所述一或多个额外受关注区域选自所述反射体的一部分、所述硅锭的一部分及所述硅熔融物的表面的一部分。10.根据权利要求6至9中任一权利要求所述的系统，其进一步包括通信地经耦合到所
述控制器的计算装置，所述计算装置经编程以：接收关于用以生产硅锭的所述拉晶器的所述操作的操作数据；接收在生产所述硅锭时捕获的所述热区域内的所述受关注区域的所述温度数据；且接收在生产所述硅锭时捕获的所述一或多个额外受关注区域的ir图像。11.根据权利要求10所述的系统，其中所述计算装置进一步经编程以：从所述经接收ir图像提取ir温度数据；通过计算装置，比较所述经提取的ir温度数据、所述经接收的操作数据及所述接收的温度数据与用于模拟硅锭的生产的对应数据；基于与所述经提取的ir温度数据、所述经接收的操作数据及所述接收的温度数据的所述比较，更新所述对应数据。12.根据权利要求6至9中任一权利要求所述的系统，其中所述控制器进一步经编程以：从所述经接收的ir图像提取ir温度数据；通过计算装置，比较所述经提取的ir温度数据、所述经接收的操作数据及所述接收的温度数据与用于模拟硅锭的生产的对应数据；基于与所述经提取的ir温度数据、所述经接收的操作数据及所述接收的温度数据的所述比较，更新所述对应数据。13.一种方法，其包括：定位高温计以查看在拉晶器的热区域内的受关注区域，所述拉晶器的所述热区域具有第一配置，其包含第一多个组件；定位红外线(ir)摄像机以查看在所述热区域内的一或多个额外受关注区域；控制所述拉晶器，以将步进变化引入到所述多个组件中的一或多个组件的特性；执行以下一项或两项：在将所述步进变化引入到所述特性之前、期间及之后，从所述高温计接收在所述热区域内的所述受关注区域的第一温度数据；且在将所述步进变化引入到所述特性之前、期间及之后，从所述ir摄像机接收所述一或多个额外受关注区域的第一ir图像；改变在所述拉晶器的所述热区域内的至少一个组件，以产生具有第二多个组件的所述热区域的第二配置；控制所述拉晶器，以将所述步进变化重新引入到所述热区域的所述第二配置内的所述特性；且执行以下一项或两项：在将到所述特性的所述步进变化重新引入到所述热区域的所述第二配置之前、期间及之后，从所述高温计接收在所述热区域内的所述受关注区域的第二温度数据；及在将到所述特性的所述步进变化重新引入到所述热区域的所述第二配置之前、期间及之后，从所述ir摄像机接收所述一或多个额外受关注区域的第二ir图像。14.根据权利要求13所述的方法，其进一步包括，使用计算装置分析所述第一温度数据及所述第二温度数据、所述第一ir图像及所述第二ir图像，或所述第一温度数据、所述第二温度数据、所述第一ir图像，及所述第二ir图像，以比较所述热区域的所述第一配置及所述热区域的所述第二配置的热特性。
15.根据权利要求14所述的方法，其进一步包括选择所述热区域的所述第一配置或所述热区域的所述第二配置以决定其具有优选热特性。16.根据权利要求16所述的方法，其进一步包括控制所述拉晶器生产硅锭，所述硅锭具有所述热区域的所述第一配置或所述热区域的所述第二配置的所述经选择的一者。

技术总结
本公开涉及一种用于生产硅锭的系统，所述系统包含拉晶器、高温计、红外线(IR)摄像机及控制器。所述拉晶器包含具有一或多个组件的热区域，且从所述区域中可拉出硅锭。所述高温计经定位以查看在所述热区域内的受关注区域。所述IR摄像机经定位以查看在所述热区域内的一或多个额外受关注区域。所述控制器经连接到所述拉晶器、所述高温计及所述IR摄像机。所述控制器经编程以控制所述拉晶器生产硅锭，在生产所述硅锭时从所述高温计接收热区域内的所述受关注区域的温度数据，且在生产所述硅锭时从所述IR摄像机接收一或多个额外受关注区域的IR图像。IR图像。IR图像。


技术研发人员：陆征 陈智勇 曾贤达 S
受保护的技术使用者：环球晶圆股份有限公司
技术研发日：2022.02.15
技术公布日：2023/10/7