用于晶體生長裝置的自動檢視系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是揭露一種在晶體生長裝置內(nèi)的坩堝中制造晶體材料的方法的各種實施例。該方法就某種程度上包含以裝設(shè)在坩堝上方的自動檢視系統(tǒng)監(jiān)測在原料融熔液體內(nèi)的殘留固體原料的步驟?；蛘?，另外，該方法再包含以自動檢視系統(tǒng)監(jiān)測部分固化融熔體內(nèi)的固化晶體材料的步驟。本發(fā)明也揭露一種包含該自動檢視系統(tǒng)的晶體生長裝置。
【專利說明】用于晶體生長裝置的自動檢視系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請案
[0002]本申請主張在2011年3月15日提交的美國臨時申請案序號61/452，919的權(quán)益，其全部內(nèi)容特此并入本文作為參考資料。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明是有關(guān)于使用自動檢視系統(tǒng)作為部分晶體生長裝置的晶體材料制造方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0004]晶體生長裝置或熔爐，如定向凝固系統(tǒng)(DSS)和熱交換器(HEM)熔爐，涉及在坩堝中的原料(如硅)的融熔和受控的重新凝固，以生產(chǎn)鑄錠。在數(shù)小時的數(shù)個可識別步驟下，即可由融熔原料制造鑄錠。例如，為了以DSS方法生產(chǎn)硅鑄錠，固體硅原料在坩堝中，常被包含在石墨坩堝箱，且被放入一個DSS熔爐的熱區(qū)中。然后將原料加熱，形成原料的融熔液體，爐溫遠高于硅的熔點1412°C，維持?jǐn)?shù)小時，以確保完全融化。一旦完全融化，熱源從融化的原料除去，通常通過施加在熱區(qū)的溫度梯度，以便以定向方式凝固熔體，并形成硅鑄錠。通過控制熔體凝固，鑄錠比起始原料有更大純度，如此即可以在各種尖端科技上應(yīng)用，如半導(dǎo)體和光伏產(chǎn)業(yè)。
`[0005]在這類方法中常有各種挑戰(zhàn)，如精準(zhǔn)鑒定原料完全熔化和/或鑄錠的生長已完成。若有缺失將對這些制得的晶體材料的品質(zhì)有不良影響。例如，如果硅原料完全融化，但在高融化溫度下存留太長時間，將使熔體中的不純物如碳和氧的數(shù)量增加，而影響最終硅鑄錠的整體性能。另外，熔體結(jié)尾工作的缺失，也將對剩余的凝固過程，特別是后續(xù)步驟的時間控制和溫度效應(yīng)造成實質(zhì)的負面影響。再者，就凝固步驟而言，如成長結(jié)果受到不當(dāng)?shù)蔫b定，則會造成完全成熟的固體鑄錠受到顯著的熱梯度溫度效應(yīng)，可能導(dǎo)致最終鑄錠損壞。一般而言，融熔的結(jié)尾操作和鑄體的生長完成，乃根據(jù)操作員以手動檢視熔爐的內(nèi)部溫度讀數(shù)加以確認。然而，這已被證實是不可靠或不一致的。
[0006]因此，在工業(yè)上有需要發(fā)展出可用以監(jiān)視晶體生長裝置中的原料熔化以確定融熔何時完全和/或用以監(jiān)視晶體材料從完全融熔原料的生長以確定生長何時完成的方法和
>J-U ρ?α裝直。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明是關(guān)于一種制造晶體材料的方法，在一個實施例中，其包含下列步驟:在晶體生長裝置的熱區(qū)中提供含有固體原料的坩堝；加熱在該坩堝中的該固體原料以形成原料融熔液體；以裝設(shè)在該坩堝上方的自動檢視系統(tǒng)監(jiān)測該原料融熔液體中的殘留固體原料；以及當(dāng)以該自動檢視系統(tǒng)檢測到已無殘留固體原料時，終止對該固體原料加熱。就此具體實施例而言，該方法還包括從原料融熔液體移除熱源以形成晶體材料并隨后對該晶體材料加以退火的步驟。
[0008]本發(fā)明也關(guān)于一種制造晶體材料的方法，在另一個實施例中，其包含下列步驟:在晶體生長裝置的熱區(qū)中提供含有固體原料的坩堝；加熱在該坩堝中的該固體原料以形成原料融熔液體；自該原料融熔液體移去熱源以形成部分固化融熔體；以裝設(shè)在該坩堝上方的自動檢視系統(tǒng)監(jiān)測部分固化融熔體中的固化晶體材料；使該部分固化融熔體完全凝固以形成該晶體材料；以及完全凝固后終止熱源移除。
[0009]本發(fā)明也關(guān)于一種制造晶體材料的方法，在又一個實施例中，其包含下列步驟:在晶體生長裝置的熱區(qū)中提供含有固體原料的坩堝；加熱在該坩堝中的該固體原料以形成原料融熔液體；以裝設(shè)在該坩堝上方的自動檢視系統(tǒng)監(jiān)測該原料融熔液體內(nèi)的殘留固體原料；當(dāng)以該自動檢視系統(tǒng)監(jiān)測到已無殘留固體原料時，終止對該固體原料加熱；自該原料融熔液體移去熱源以形成部分固化融熔體；以該自動檢視系統(tǒng)監(jiān)測該部分固化融熔體內(nèi)的固化晶體材料；使該部分固化融熔體完全凝固以形成該晶體材料；以及完全凝固后終止熱源移除。
[0010]本發(fā)明還關(guān)于一種晶體生長裝置，包括:腔室；熱區(qū)，其包括在該腔室內(nèi)部的至少一個加熱系統(tǒng)；坩鍋，其含有在該熱區(qū)內(nèi)的固體原料；至少一個自該熱區(qū)移去熱源的裝置；以及自動檢視系統(tǒng)，其裝設(shè)在該坩堝上方。該自動檢視系統(tǒng)是裝設(shè)成觀看該固體原料，特別是其表面中心部位。
`[0011]應(yīng)了解到，前述
【發(fā)明內(nèi)容】
與后述實施方式僅供例示說明用，其意圖是提供本發(fā)明的進一步說明，如權(quán)利要求書所保護者。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1A至圖1C為本發(fā)明的方法的實施例中所使用的自動檢視系統(tǒng)的圖像。圖1A及圖1B為融熔液體硅原料仍有固體硅原料殘留時，其表面中心部位的圖像。圖1C為融熔液體硅原料已無固體硅原料殘留時，其表面中心部位的圖像。
[0013]圖2A至圖2D為本發(fā)明的方法的實施例中所使用的自動檢視系統(tǒng)的圖像。圖2A為部分固化硅鑄錠而無可見固化硅時，其表面中心部位的圖像。圖2B及圖2C為部分固化娃鑄錠而有可見固化娃時，其表面中心部位的圖像。圖2D為完全固化娃鑄錠,其表面中心部位的圖像。
[0014]圖3為本發(fā)明的晶體生長裝置的實施例的橫斷面視圖。
【具體實施方式】
[0015]本發(fā)明是有關(guān)于具有自動檢視系統(tǒng)的晶體生長裝置，以及使用自動檢視系統(tǒng)生長晶體材料的方法。
[0016]本發(fā)明的方法為制造晶體材料的方法，包括例如硅鑄錠或藍寶石。此方法包括下列步驟:在晶體生長裝置的熱區(qū)中提供含有固體原料(例如，硅或鋁)的坩堝；加熱坩堝中的固體原料，從而制造原料融熔液體；以及自原料融熔液體移去熱源以產(chǎn)生晶體材料。此方法可進一步包括下列步驟:在最終冷卻前退火晶體材料；以及自晶體生長裝置移出產(chǎn)物。該方法的各種實施例將敘述于下。
[0017]本發(fā)明的方法所使用的坩堝可為本【技術(shù)領(lǐng)域】所熟知任何用于裝盛、融化及再固化原料的容器。而坩堝的材質(zhì)可為各種耐熱材料，諸如，石英、二氧化硅、石墨、或鎢，依不同因素包括原料的類型而定。例如，含硅的原料可使用石英坩堝。再者，坩堝的橫截面可為圓柱形或方形及/或錐形，并依需要選擇地加以涂層，以防止凝固后的鑄錠開裂。較佳者為坩堝被包置于坩鍋箱內(nèi)以進一步提供穩(wěn)定性和剛性。坩鍋箱通常包含至少一個側(cè)板和底板，并依需要選擇地另外包含蓋子。例如，使用方形坩堝時，坩鍋箱也為方形，其配置有四層鍋壁及一底板，并依需要選擇地包含一個蓋子。
[0018]含有固體原料的坩堝設(shè)置在晶體生長裝置的熱區(qū)中，其可為任意的設(shè)備或裝置(如高溫熔爐)，具有腔室(如水冷式外部腔室)，該腔室具有內(nèi)部熱區(qū)用來加熱和融熔原料(例如硅)，一般在大于大約1000°c的溫度，并在之后能促進融熔的原料重新凝固。例如，晶體生長裝置可以是晶體生長熔爐，包括定向凝固系統(tǒng)(DSS)熔爐或熱交換器法(HEM)熔爐。在晶體生長裝置的腔室內(nèi)的熱區(qū)包含至少一個加熱系統(tǒng)，如多個加熱組件，以提供熱給坩堝來熔化其中的固體原料。例如，熱區(qū)可包含頂部加熱組件，位于坩堝上方的熱區(qū)的上部區(qū)域，以及至少一個側(cè)邊加熱組件，位于頂部加熱組件下方，而沿著坩堝及熱區(qū)兩側(cè)。熱區(qū)還包含圍繞且定義該熱區(qū)的絕緣部，并進一步包含有被多個底座抬高的坩堝支托塊，坩堝和坩堝箱可置放在該多個底座上。
[0019]在本發(fā)明所使用方法中，在晶體生長裝置的熱區(qū)所提供的裝盛原料的坩堝被加熱而產(chǎn)生原料融熔液體。而所使用`的加熱方法取決于熱區(qū)的加熱系統(tǒng)的類型。例如，在坩堝的固相原料，可以通過調(diào)節(jié)加熱系統(tǒng)(如熱區(qū)的一個或多個加熱組件)的功率，使材料加熱和熔化。
[0020]原料加熱是先形成包括液相原料和固相原料的部分液化或熔化原料的混合物。例如，針對硅原料，常常會發(fā)現(xiàn)剩余的固相原料會因為其較低的密度而在融熔液相材料的表面上或附近漂浮。當(dāng)持續(xù)加熱及融熔時，固相的原料量會減少。在本發(fā)明所使用方法中，持續(xù)加熱到所有固相原料被融熔，因而得到無固相原料殘留的原料融熔液體。
[0021]然而，如上所討論者，難以準(zhǔn)確判斷何時方可得到所有固相原料被熔化且在融熔體中完全無固相原料殘留。例如，通常以放置在晶體生長裝置內(nèi)的熱電偶監(jiān)視熱區(qū)內(nèi)的溫度，而將在固相原料熔化期間的熱區(qū)的溫度增加作為表示絕大部分剩下的固相材料已融熔的訊號。然后，操作者需要透過定位于坩堝頂部上方的玻璃或窗口觀察晶體生長裝置的頂部，以檢查熔融狀態(tài)。這種方法繁瑣費時，且不一致，因為它取決于操作者如何快速定位到裝置頂部，以及如何有效決定是否看到仍有固相原料殘留。
[0022]為了克服這些困難，在本發(fā)明的方法的一實施例中，是使用裝設(shè)在坩堝上方的自動檢視系統(tǒng)，作為原料融熔液體形成和固相材料殘留的監(jiān)測。較好的自動檢視系統(tǒng)是接附在晶體生長裝置外部，更特別的是，在坩堝中心的上方，它提供檢視系統(tǒng)監(jiān)測原料融熔液體的表面中心。自動檢視系統(tǒng)可以是能夠準(zhǔn)確區(qū)分固體原料與液體原料的任何檢視系統(tǒng)。例如，自動檢視系統(tǒng)可能是一個可程序化的攝影機，其可對原料融熔液體表面拍攝多個圖像，進一步利用設(shè)置在攝影機內(nèi)部或外部的圖像分析軟件程序，準(zhǔn)確地檢測出少量的固體原料。此一系統(tǒng)乃基于液體和固體原料之間的各種不同特點，包括，但不限于，反射率或色澤差異(即可見光成像)。然而，在本發(fā)明的方法中使用的自動檢視系統(tǒng)與通常所用設(shè)備明顯不同并提供有顯著的改善用于監(jiān)測坩堝中的內(nèi)容物，通?？捎迷O(shè)備系以高溫計監(jiān)測，惟其僅依賴檢測固體和液體原料之間的放射率差異，且無法提供靈敏度或分辨率據(jù)以準(zhǔn)確地判定何時僅有一個相存在。
[0023]再者，無論是從固體原料本身或融熔過程期間不想要的副反應(yīng)，常會發(fā)現(xiàn)有雜質(zhì)產(chǎn)生。若有雜質(zhì)出現(xiàn)，通常會在原料融熔液體內(nèi)形成一個獨立相。例如，對娃而言，雜質(zhì)通常會沿著融熔體表面漂浮作為表皮或共物(pool )。因此，在本發(fā)明的方法的此實施例中，較佳者是可以在不受任何雜質(zhì)相干涉的情況下，自動檢測系統(tǒng)也能在原料融熔液體中監(jiān)測到殘留固體原料。所以，即使在有至少一個雜質(zhì)相存在的情況下，也可以準(zhǔn)確地識別到完全融熔的液體原料而沒有殘留固體原料存在。
[0024]由于這種檢視系統(tǒng)是自動化的，所以不需要操作者直接參與決定或確認沒有殘留的固體原料存在。檢視系統(tǒng)針對殘留固體原料自動監(jiān)控原料融熔液體的表面，以便準(zhǔn)確地判定何時所有原料均已融化。此監(jiān)控可以特定時間增量(諸如，以間歇性拍攝法[time-lapse photography],在各種時間間隔產(chǎn)生個別或分離的圖像，如大約每5分鐘或更短的時間間隔，每隔2分鐘或更短，每隔一分鐘或更短，或每隔30秒或更短，包括每5秒的時間間隔)或連續(xù)拍攝(諸如，通過視頻監(jiān)控)來進行。如以自動檢視系統(tǒng)檢測到有殘留固體材料時，即可繼續(xù)加熱。若檢測到已無殘留固體材料時，即可終止加熱。在檢視系統(tǒng)已判定無殘留固體原料之后，加熱可由獨立步驟結(jié)束，也可直接由檢視系統(tǒng)本身直接終止加熱。例如，自動檢視系統(tǒng)可檢測到已無殘留固體原料，然后傳送信號給操作者終止加熱?；蛘撸詣訖z視系統(tǒng)可將信號發(fā)送到系`統(tǒng)控制器以結(jié)束加熱，諸如降低在晶體生長裝置的熱區(qū)的加熱系統(tǒng)的功率。
[0025]如上所述，本發(fā)明的方法，更可包含在最終冷卻之前，從原料融熔液體移除熱源以生成晶體材料(如果需要的話，可隨后進行退火)以及自晶體生長裝置移出產(chǎn)物?？墒褂帽尽炯夹g(shù)領(lǐng)域】已熟知的任何方法來移除供熱以產(chǎn)生晶體材料。例如，在DSS熔爐中，經(jīng)由熱區(qū)的底部,對水冷室腔室的輻射熱散失逐漸增加,如此通過控制坩堝內(nèi)的熱抽離，即可將熔體達到定向凝固。通過相對于坩鍋將絕緣體移動成圍繞熱區(qū)，以便不會干擾生長鑄錠的固-液相界面，便可以實現(xiàn)受控制的熱散失。作為具體實例，熱區(qū)的絕緣體可包括頂部和側(cè)面的絕緣板，其中側(cè)面絕緣體是組構(gòu)成相對于熱區(qū)內(nèi)的坩堝作垂直移動。在另一實例，例如，使用熱交換器于熔爐，可單獨或與組構(gòu)成相對于坩堝移動的絕緣體聯(lián)結(jié)，以控制熱抽離。例如，一種氣冷卻式熱交換器(例如，氦冷卻式熱交換器)可安裝在坩堝正下方，以加速融熔材料凝固。
[0026]如上所述，在一般的凝固過程中，時常很難判定原料融熔液體何時完全凝固。例如，在定向凝固系統(tǒng)的熔爐中，固-液相生長前線(front)是由底部附近開始形成，再逐漸往融熔液頂部產(chǎn)生，形成具有殘余原料融熔液體在其表面上的近于凝固的材料。通常，當(dāng)凝固產(chǎn)品出現(xiàn)在融熔體表面上方時，熔爐的內(nèi)部制程條件改變，以促進產(chǎn)物的完全生長。例如，就硅而言，當(dāng)有液體硅出現(xiàn)時，部分固化的硅鑄錠所散發(fā)出的熱的量會改變，而這會改變在熱區(qū)中調(diào)節(jié)溫度所需的功率量。然而，由于變化可能是微細的，操作者可能會不小心錯過避免損壞完全生長的晶體材料而必須及時結(jié)束散熱的步驟。再者，以類似于固體原料已完全融化的檢測方式，操作者可以由晶體生長裝置的頂部觀看，檢視融熔體的狀態(tài)來確認生長，但正如上所述，這種方法繁瑣、費時，而且不一致。
[0027]為克服此困難，在本發(fā)明的方法的另一實施例中，從原料融熔液體移除熱源以生成部分凝固的晶體材料，其使用裝設(shè)在坩堝上方的自動檢視系統(tǒng)加以監(jiān)測。如上所述的任何移除熱源的方法均可使用。較佳者為將自動檢視系統(tǒng)接附于晶體生長裝置外部，更佳者為設(shè)置于坩堝的中心上方，其于部分凝固晶體材料表面的中心提供檢視系統(tǒng)。凡能準(zhǔn)確區(qū)分固體原料及液體原料的任何檢視系統(tǒng)均可使用，包括，如上所述者，諸如可程序化的攝影機。另外，由于這種檢視系統(tǒng)是自動化的，所以不需要有操作者直接參與決定或確認有殘留的固體材料存在。檢視系統(tǒng)自動地監(jiān)測部分凝固晶體材料的表面的凝固晶體材料，以準(zhǔn)確地判定何時生長完成。監(jiān)測可在特定時間增量或連續(xù)監(jiān)測進行。若以自動檢視系統(tǒng)監(jiān)測到已無固態(tài)晶體材料，繼續(xù)移除熱源直到又有固態(tài)晶體材料被監(jiān)測到。終止移除熱源可能是檢視系統(tǒng)激活的獨立步驟，或一旦晶體生長完成就由檢視系統(tǒng)本身直接終止。例如，自動檢視系統(tǒng)監(jiān)測到有固態(tài)晶體材料，然后能傳送信號給操作者或能終止移除熱源階段的系統(tǒng)控制器。
[0028]再者，據(jù)了解，無論是從固體原料或不想要的副反應(yīng)在晶體固化過程期間均會產(chǎn)生雜質(zhì)。例如，就在DSS或HEM熔爐的晶體生長材料而言，雜質(zhì)通常聚集在部分固化晶體材料的表面的中心部位，形成另一個相且通常最后才凝固。因此，在本發(fā)明的方法的此實施例中，較佳者為自動檢視系統(tǒng)可在部分固化晶體材料表面監(jiān)測到固化晶體材料，且不會干擾到任何雜質(zhì)相。
[0029]也就本發(fā)明的方法的此實施例而言，在已經(jīng)以自動檢視系統(tǒng)監(jiān)測到固化晶體材料后，則可繼續(xù)將部分固化晶`體材料完全凝固而形成所欲的晶體材料。在最后冷卻及自晶體生長裝置除移出產(chǎn)物前，如有需要的話，隨后即可進行退火。
[0030]因此，如上所述，在本發(fā)明的一個實施例中，自動檢視系統(tǒng)在形成原料融熔液體時檢測到殘留固體材料，而在另一個實施例中，在原料融熔液體的凝固過程中，自動檢視系統(tǒng)檢測部分固化晶體材料中有無固化晶體材料存在。在另一個實施例中，自動檢視系統(tǒng)可同時檢測晶體生長過程中融熔及凝固的步驟中的固體。因此，就此一實施例而言，晶體材料的生產(chǎn)方法包括，在晶體生長裝置的熱區(qū)中提供含有固體原料的坩堝，加熱坩堝的固體原料以形成原料融熔液體，以裝設(shè)在坩堝上方的自動檢視系統(tǒng)監(jiān)測原料融熔液體中殘留的固體材料，以及在以自動檢視系統(tǒng)監(jiān)測已無殘留的固體材料時，終止對固體原料加熱。此方法進一步包括，從原料融熔液體除去熱源以形成部分固化的晶體材料，以自動檢視系統(tǒng)監(jiān)控部分固化晶體材料中凝固的晶體材料，將部分凝固的晶體材料完全凝固成晶體材料，以及在完全凝固后終止去除熱源。以此方法，如上所述的困難，包括識別融熔的終止及晶體生長是否已完成等，均可克服。
[0031]作為本發(fā)明的一個特定實例，圖1A至圖1C及圖2A至圖2C，每一個圖是顯示接附在DSS熔爐外部、經(jīng)由熔爐的頂部的圓形觀景口對焦、定位在含硅原料的坩鍋中心的正上方的可程序化的攝影機所拍攝的圖像。原料是被加熱產(chǎn)生融熔硅液體，然后依DSS標(biāo)準(zhǔn)流程以定向凝固制成硅鑄錠。融熔階段和生長(即凝固)階段每隔5秒采集圖像。圖1A至圖1C是于一個DSS熔爐實驗運行的熔化階段期間對熔體拍攝的選擇的間歇性圖像，而圖2A至圖2D是于第二次運行的生長或凝固階段期間拍攝的選擇的間歇性圖像。在每一個這些圖像所看到的圓邊是于觀景窗的邊緣。
[0032]圖1A為產(chǎn)生的硅晶原料融熔液體的表面中心部位的圖像，其中尚可見到殘留固體硅晶原料呈大塊狀I(lǐng)及小片狀2浮在硅晶原料融熔液體3上。當(dāng)繼續(xù)加熱時，大部分的殘留固體硅晶原料均會融熔，如圖1B所示，其為產(chǎn)生的硅晶原料融熔液體表面中心部位的圖像，其中只見到一些小片狀物2。如果持續(xù)再加熱，這些小片狀物也將融熔，圖1C為產(chǎn)生的完全融熔原料的表面中心部位的圖像。由圖像所示，其間已檢測不到殘留固體硅晶原料，表示融熔已完成。只見到硅晶原料的融熔液體。這些圖像中的較暗黑部分4，是為圓形觀景端口自高反射液體硅表面反射的圖像。圖1C的圖像與熔爐內(nèi)部溫度測量相對應(yīng)，也表明融熔已完成。因此，本自動檢視系統(tǒng)可用以監(jiān)測融熔物表面，而可方便地偵測到固體原料存在，從而正確地判定融熔的終止。因此，此一檢視系統(tǒng)可用以在固體原料融熔時終止原料的加熱，以便開始對產(chǎn)生的融熔硅原料液體進行定向凝固。
[0033]圖2A、2B、2C及2D是自硅晶原料的融熔液體進行定向凝固形成硅鑄錠期間所拍攝的圖像。特別是，圖2A為接近終止晶體生長階段的部分固化的硅晶材料的表面中心部位的圖像，其中尚未觀察到有固化硅晶(也就是，正在生長的硅鑄錠)。圖2B為繼續(xù)除去熱源之后續(xù)的圖像，此時殘留的融熔硅原料液體6已減少，而已可看到凝固的硅鑄錠5。圖2C為凝固的硅鑄錠5已擴大之后續(xù)圖像。如圖1A至圖1C，這些圖像中較暗黑部分4是為圓形觀景端口自高反射液體硅表面反射的圖像。而低反射的固化硅鑄錠5則已無法觀察到反射。這些圖像也可見于圖2D，其為最后已完全生長的硅鑄錠，而不再有殘留的融熔硅原料液體的圖像。在此圖像，硅鑄錠已完全生長。因此，在生長期間，也可用此自動檢視系統(tǒng)監(jiān)控融熔體的表面，借以立刻偵測生長中的硅晶材料的存在。因此，此一自動檢視系統(tǒng)可正確地判定`生長的終止，而在鑄錠完全生長時終止除去熱源。
[0034]本發(fā)明進一步關(guān)于一種包含自動檢視系統(tǒng)的晶體生長裝置，較佳者為，可適用于本發(fā)明的方法者。而此一晶體生長裝置可為上述的任一晶體生長裝置，諸如DSS熔爐或HEM熔爐。在一【具體實施方式】中，晶體生長裝置包含有腔室、腔室內(nèi)的熱區(qū)、以及至少一個自熱區(qū)移去熱源的裝置。熱區(qū)包含有至少一個加熱系統(tǒng)，諸如一個或多個加熱組件，及含有固體原料的坩堝。自動檢視系統(tǒng)是裝設(shè)于坩堝上方，較佳者為接附于腔室外部而可用以觀看固體原料的頂部中心部位，且可為上述任一能用以從固體原料區(qū)分出液體原料的自動檢視系統(tǒng)。此自動檢視系統(tǒng)還能電性連接至至少一個加熱系統(tǒng)、至少一個熱源移除裝置或兩者都連接。
[0035]圖3為本發(fā)明的晶體生長裝置的一個特定【具體實施方式】的橫斷面視圖，其中晶體生長裝置為DSS熔爐。然而，對本【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識者而言為顯而易見的是，這在本質(zhì)上僅為例示性而非限制性，僅作為范例。本領(lǐng)域技術(shù)人員能想到落在本發(fā)明的范疇內(nèi)的許多修改和其它實施方式。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)明白，特定的組構(gòu)是例示的，而其實際的組構(gòu)則將取決于特定的系統(tǒng)。本領(lǐng)域技術(shù)人員也都能確認及識別與所示組件等效的特定組件，而無須作例行性試驗。
[0036]圖3所示的晶體生長裝置20包含外部腔室21及腔室內(nèi)的熱區(qū)22。在坩堝箱24內(nèi)的坩堝23，內(nèi)裝填有原料25，將該坩鍋23設(shè)置于熱區(qū)22中，該坩鍋23位在坩堝支托塊26上，該坩堝支托塊26被支撐在底座27上。熱區(qū)22被絕緣罩28圍繞，又包括一套由頂部加熱器29a及二個側(cè)部加熱器29b組成的加熱系統(tǒng)。絕緣罩28為可上下垂直移動，如箭頭A所示，此是從晶體生長裝置20的熱區(qū)移去熱源的裝置，其將熱區(qū)22與內(nèi)含于其中的組件暴露于外部腔室21，外部腔室21是通過例如水的冷卻媒介進行冷卻。晶體生長裝置20又包含自動檢視系統(tǒng)30，其接附于外部腔室21外面，位于坩堝23的中心正上方。此處，自動檢視系統(tǒng)30透過觀測玻璃31及絕緣口 32對焦，并且經(jīng)由頂部加熱器29a的間隙(未圖標(biāo))可清楚地檢視原料25的上部。自動檢視系統(tǒng)30，諸如透過控制系統(tǒng)，可電性連接至加熱組件及/或用于調(diào)節(jié)絕緣罩的移動的控制器。[0037]為了說明和描述，以上已提出本發(fā)明的較佳實施例。并無意圖將本發(fā)明詳盡描述而限制成所揭露的精確形式。有鑒于上述教示而可能有各種修改及變化，或可從本發(fā)明的實作上得到這些修改及變化。這些實施例是被選擇而描述成說明本發(fā)明的原理，且其實際應(yīng)用能使本領(lǐng)域技術(shù)人員以各種修改使用本發(fā)明在各種實施例上，如適于所想到的特定使用者。本發(fā)明的范疇是`由權(quán)利要求書及其等效者所界定。
【權(quán)利要求】
1.一種制造晶體材料的方法，其包含下列步驟: i)在晶體生長裝置的熱區(qū)中提供含有固體原料的坩堝； ii)加熱在該坩堝中的該固體原料以形成原料融熔液體； iii)以裝設(shè)在該坩堝上方的自動檢視系統(tǒng)監(jiān)測該原料融熔液體中的殘留固體原料；以及 iv)當(dāng)以該自動檢視系統(tǒng)檢測到已無殘留固體原料時，終止對該固體原料加熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該晶體生長裝置為定向固化熔爐。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中，該原料融熔液體還包含至少一個雜質(zhì)相,而其中該自動檢視系統(tǒng)監(jiān)測該原料融熔液體內(nèi)的殘留固體原料時，不會受到該至少一個雜質(zhì)相干擾。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在該原料融熔液體中以該自動檢視系統(tǒng)檢測殘留固體原料，持續(xù)進行加熱直到以該自動檢視系統(tǒng)檢測到已無殘留固體原料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該自動檢視系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測該原料融熔液體中的殘留固體原料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，以該自動檢視系統(tǒng)終止對該固體原料的加熱。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該自動檢視系統(tǒng)為可程序化的攝影機。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述 的方法，其中，該自動檢視系統(tǒng)對該原料融熔液體的表面的中心部分監(jiān)測殘留的固體原料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該自動檢視系統(tǒng)是接附在該晶體生長裝置的外部。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包含自該原料融熔液體移去熱源以形成該晶體材料的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包含將該晶體材料退火的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該固體原料包含硅晶。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，該晶體材料為硅鑄錠。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該固體原料包含鋁。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，該晶體材料為藍寶石。
16.一種制造晶體材料的方法，其包含下列步驟: i)在晶體生長裝置的熱區(qū)中提供含有固體原料的坩堝； ?)加熱該坩堝中的該固體原料以形成原料融熔液體； iii)自該原料融熔液體移去熱源以形成部分固化融熔體； iv)以裝設(shè)在該坩堝上方的自動檢視系統(tǒng)監(jiān)測部分固化融熔體中的固化晶體材料； V)使該部分固化融熔體完全凝固以形成該晶體材料；以及 vi)完全凝固后終止熱源移除。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，該晶體生長裝置為定向固化熔爐。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，該部分固化融熔體還包含至少一個雜質(zhì)相，而其中該自動檢視系統(tǒng)監(jiān)測該部分固化融熔體內(nèi)的固化晶體材料時不會受到該至少一個雜質(zhì)相干擾。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，以該自動檢視系統(tǒng)檢測該部分固化融熔體內(nèi)無固化晶體材料存在，且持續(xù)進行熱源移除直到該自動檢視系統(tǒng)檢測到有固化晶體材料。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，該自動檢視系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測該部分固化融熔體內(nèi)的固化晶體材料。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，以該自動檢視系統(tǒng)終止熱源移除操作。
22.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，該自動檢視系統(tǒng)為可程序化的攝影機。
23.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，該自動檢視系統(tǒng)對部分固化融熔體的表面中心部分監(jiān)測固化晶體材料。
24.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，該自動檢視系統(tǒng)是接附在該晶體生長裝置的外部。
25.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包含將該晶體材料退火的步驟。
26.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，該固體原料包含硅晶。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中，該晶體材料為硅鑄錠。
28.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，該固體原料包含鋁。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述 的方法，其中，該晶體材料為藍寶石。
30.一種制造晶體材料的方法，其包含下列步驟: i)在晶體生長裝置的熱區(qū)中提供含有固體原料的坩堝； ?)加熱該坩堝中的該固體原料以形成原料融熔液體； iii)以裝設(shè)在該坩堝上方的自動檢視系統(tǒng)監(jiān)測該原料融熔液體內(nèi)的殘留固體原料； iv)當(dāng)以該自動檢視系統(tǒng)監(jiān)測到已無殘留固體原料時，終止對該固體原料加熱； V)自該原料融熔液體移去熱源以形成部分固化融熔體； Vi)以該自動檢視系統(tǒng)監(jiān)測該部分固化融熔體內(nèi)的固化晶體材料； Vii)使該部分固化融熔體完全凝固以形成該晶體材料；以及 Viii)完全凝固后終止熱源移除。
31.一種晶體生長裝置，包含: 腔室； 熱區(qū)，其包括在該腔室內(nèi)部的至少一個加熱系統(tǒng)； 坩鍋，其含有在該熱區(qū)內(nèi)的固體原料； 至少一個自該熱區(qū)移去熱源的裝置；以及 自動檢視系統(tǒng)，其裝設(shè)在該坩堝上方用以觀看該固體原料。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的裝置，其中，該自動檢視系統(tǒng)是電性連接至至少一個加熱系統(tǒng)、至少一個移除熱源裝置或兩者都連接。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的裝置，其中，該自動檢視系統(tǒng)裝設(shè)在該坩堝上方，用以觀看該固體原料的表面中心部分。
【文檔編號】C30B29/20GK103649380SQ201280023475
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月15日
【發(fā)明者】D·C·斯凱爾頓, B·C·福拉諾 申請人:Gtat公司