Disposición y método para la medición de la temperatura y el crecimiento en grosor de varillas de silicio en un reactor de deposición de silicio.

Disposición para la medición de la temperatura y el crecimiento de grosor de varillas de silicio en un reactorde deposición de silicio a través de una ventana de visualización,

caracterizada porque se proporciona un dispositivo(4) de medición sin contacto de temperatura de funcionamiento para la medición de la temperatura y se disponefuera del reactor de deposición de silicio enfrente de una ventana de visualización (2), porque el dispositivo (4) demedición de temperatura pivota horizontalmente alrededor de un eje de pivote (5) por medio de un impulsor rotatorio(9), en donde el eje de pivote (5) discurre paralelo al eje longitudinal de la varilla de silicio (1), y en donde el ejecentral (6) del dispositivo de medición de temperatura discurre a través del eje de pivote (5).

Disposición y método para la medición de la temperatura y el crecimiento en grosor de varillas de silicio en un reactor de deposición de silicio.

La invención está relacionada con una disposición y un método para la medición de la temperatura y el crecimiento de grosor de varillas de silicio en un reactor de deposición de silicio a través de una ventana de visualización.

El proceso de fabricación de silicio policristalino se basa en un método en el que se pasa triclorosilano gaseoso junto con hidrógeno a un reactor en vacío en el que previamente se han dispuesto varillas de silicio como materia prima, y son calentadas eléctricamente a temperaturas de alrededor de 1.100 grados centígrados. Este método se conoce como el llamado método SIEMENS. En este caso, se debe prestar estricta atención a no llegar a la temperatura de fusión del silicio. En este caso, el silicio se deposita en las varillas de silicio, el silicio se crea en una reacción química a partir del triclorosilano. Los pilares de polisilicio que se crean de esta manera se encuentran disponibles para su posterior procesamiento.

Los pilares se descomponen una vez más en trozos relativamente pequeños para la industria fotovoltaica, y luego se funden en crisoles de cuarzo y, si fuera necesario, se transforman en bloques policristalinos o monocristalinos, de los que luego se fabrican las piezas iniciales para los módulos solares.

Un factor crítico en este proceso es el control de la temperatura de las varillas delgadas de silicio en el reactor de deposición de silicio durante el proceso de revestimiento, en el que la temperatura debe mantenerse dentro de un determinado intervalo de temperaturas alrededor de 1100°C, y es absolutamente esencial detener este proceso si se produce un exceso de temperatura, lo que llevaría a la fractura de una varilla de silicio y a parar el proceso de deposición, y en caso de temperaturas excesivamente bajas, que no se traduciría en una óptima deposición del silicio.

Una posible manera de cumplir con estas condiciones sería una continua inspección visual manual, que sería extremadamente compleja y tendría que ser llevada a cabo por lo menos durante las primeras horas del proceso.

Para este fin, en el reactor de deposición de silicio se coloca una o más ventanas de visualización y permiten la observación con valores aproximados mediante la visualización manual y la estimación personal. Esto se debe hacer todo el tiempo y, por supuesto, no lleva a unos resultados reproducibles, suficientemente fiables. Esto es porque si se supera brevemente la temperatura nominal se pueden producir consecuencias fatales.

En el documento de PATEL ET AL: "WAFER TEMPERATURE MEASUREMENTS AND END-POINT DETECTION DURING PLASMA ETCHING BY THERMAL IMAGING" CARTAS APLICADAS, AIP, INSTITUTO AMERICANO DEFÍSICA, MELVILLE, NY, EE.UU. LNKD-DOI: 10.1063 /1.105480, vol. 59, nº. 11, 9 de septiembre de 1991 (10-09-09) , páginas 1299-1301, ISSN: 0003-6951 se describe el uso de una cámara de televisión de infrarrojos para mediciones en tiempo real de la temperatura de la oblea durante el grabado con plasma y el uso de estas mediciones de temperatura para determinar el punto final, así como otros parámetros críticos. Se utiliza una delgada ventana para la visualización perpendicular de una oblea de silicio mediante la cámara y un monitor de grosor por láser.

El documento EN 222 184 B (SIEMENS AG) 10 de julio de 1962 (1962-07-10) describe un proceso para la fabricación de varillas semiconductoras. Una imagen de una varilla semiconductora incandescente es explorada a través de una ventana de visualización con una fotocélula movible durante el crecimiento de grosor en el reactor de deposición de silicio. La frontera entre la luz y la oscuridad es detectada por un dispositivo de medición sin contacto de temperatura funcionamiento y se utiliza para modificar la corriente de un circuito de calentamiento que se aumenta de tal manera que la temperatura de la varilla semiconductora es mantenida a una temperatura determinada.

A partir del documento US 2 981 605 A (THEODOR RUMMEL) 25 de abril de 1961 (1961-04-25) se conoce un método y un aparato para producir cuerpos semiconductores sumamente puros similares a una varilla. La temperatura de los cuerpos se mide con un pirómetro estacionario.

El documento GB 2 159 272 A (MANNESMANN AG) 27 de noviembre de 1985 (1985-11-27) describe un pirómetro óptico que pivota angularmente para medir el promedio de temperatura de una película depositada en una chapa gruesa de acero en un horno.

En el documento de BOEBEL F G ET AL: "REAL TIME, IN SITU MEASUREMENT OF FILM THICKNESS WITH REFLEXION SUPPORTED PYROMETRIC INTERFEROMETRY (RSPI) ", ACTAS DE LA CONFERENCIA Y TALLERES DE FABRICACIÓN AVANZADA DE SEMICONDUCTORES (ASMC) , CAMBRIDGE, MA., 14 - 16 de noviembre de 1994; [ACTAS DE LA CONFERENCIA Y TALLER DE LA FABRICACIÓN AVANZADA DE SEMICONDUCTORES (ASMC) ], NUEVA YORK, IEEE, US LNKD-DOI: ISBN: 978-0-7803-2054-3 se describe la medición de la temperatura y el grosor de una película utilizando un pirómetro estacionario que utiliza la reflexión de radiación y cálculos complejos de interferometría.

El documento GB 1 378 302 A (SIEMENS AG) 27 diciembre de 1974 (1974-12-27) describe mejoras en, o relacionadas con, la producción de varillas semiconductoras mediante el uso de un pirómetro óptico estacionario para medir la temperatura de las varillas.

Por último, el documento US 4 125 643 A (REUSCHEL KONRAD RT AL) 14 de noviembre de 1978 (1978-11-14) describe un proceso para la deposición de material semiconductor de silicio elemental desde una fase gaseosa y utiliza una cámara de televisión y su señal eléctrica para supervisar las varillas de silicio durante la deposición.

La invención se basa en el objeto de proporcionar una disposición y un método para la medición de la temperatura y el crecimiento de grosor de varillas de silicio en un reactor de deposición de silicio, con el fin de permitir la medición continua lo suficientemente precisa de la temperatura y el crecimiento de grosor a lo largo de todo el proceso de deposición.

El objeto sobre el que se basa la invención se logra porque se proporciona un dispositivo de medición sin contacto de temperatura de funcionamiento para la medición de temperatura y se dispone fuera del reactor de deposición de silicio enfrente de una ventana de visualización, porque el dispositivo de medición de temperatura pivota horizontalmente alrededor de un eje de rotación por medio de un impulsor rotatorio, en donde el eje de rotación es paralelo al eje longitudinal de la varilla de silicio, y en donde el eje central del dispositivo de medición de temperatura discurre a través del eje de pivote. Durante este proceso se mide la radiación térmica que emerge de una varilla de silicio.

En un desarrollo de la invención, el eje de rotación se encuentra fuera de la pared del reactor de deposición de silicio, enfrente de la ventana de visualización.

En una variante de la invención, el eje de reacción se dispone dentro del reactor de deposición de silicio, detrás de la ventana de visualización, haciendo posible de este modo grabar un intervalo más amplio de pivote en el reactor de deposición de silicio. Por otra parte, la ventana de visualización se enfría al estar provista de refrigeración líquida. El deterioro de la medición de temperatura resultante de esto se puede corregir únicamente mediante cálculo.

En un desarrollo particular, se dispone u filtro de polarización rotatorio entre el dispositivo de medición de temperatura y la ventana de visualización, o por lo menos enfrente del dispositivo de medición de temperatura. Esto hace posible enmascarar o minimizar las reflexiones en la pared interior del reactor de deposición de silicio. Esto permite evitar las mediciones incorrectas, mejorando de este modo la precisión de la medición.

En un perfeccionamiento adicional de la invención, el dispositivo de medición de temperatura es un pirómetro cuyos datos de medición se almacenan para su posterior procesamiento y se exponen en un monitor, en donde se puede superponer una cuadrícula sobre los datos expuestos en el monitor para tener una mejor orientación.

El dispositivo de medición de temperatura también puede ser una cámara termográfica que pivota, en la que en el análisis los datos de medición, es decir el perfil de temperatura con el tiempo y el perfil de temperatura con el ángulo, se evalúan electrónicamente.

Por otra parte, el dispositivo de medición de temperatura está acoplado a un impulsor rotatorio para la colocación del eje de rotación por detrás de la mirilla, dicho impulsor rotatorio está situado por... [Seguir leyendo]

1. Disposición para la medición de la temperatura y el crecimiento de grosor de varillas de silicio en un reactor de deposición de silicio a través de una ventana de visualización, caracterizada porque se proporciona un dispositivo (4) de medición sin contacto de temperatura de funcionamiento para la medición de la temperatura y se dispone fuera del reactor de deposición de silicio enfrente de una ventana de visualización (2) , porque el dispositivo (4) de medición de temperatura pivota horizontalmente alrededor de un eje de pivote (5) por medio de un impulsor rotatorio (9) , en donde el eje de pivote (5) discurre paralelo al eje longitudinal de la varilla de silicio (1) , y en donde el eje central (6) del dispositivo de medición de temperatura discurre a través del eje de pivote (5) .

2. Disposición según la reivindicación 1, caracterizada porque el eje de pivote (5) se dispone fuera de la pared

(3) de reactor del reactor de deposición de silicio, enfrente de la ventana de visualización (2) .

3. Disposición según la reivindicación 1, caracterizada porque el eje de pivote (5) se dispone dentro del reactor de deposición de silicio, detrás de la ventana de visualización (2) .

4. Disposición según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la ventana de visualización (2) es enfriada.

5. Disposición según la reivindicación 4, caracterizada porque la ventana de visualización (2) está provista de refrigeración líquida.

6. Disposición según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque se dispone un filtro rotatorio de polarización (2.1) entre el dispositivo (4) de medición de temperatura y la ventana de visualización (2) .

7. Disposición según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque el dispositivo (4) de medición de temperatura es un pirómetro.

8. Disposición según la reivindicación 7, caracterizada porque los datos de medición del pirómetro se almacenan en una memoria y se exponen en un monitor.

9. Disposición según la reivindicación 8, caracterizada porque se superpone una cuadrícula a los datos expuestos en el monitor.

10. Disposición según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque el dispositivo (4) de medición de temperatura es una cámara de imágenes térmicas.

11. Disposición según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque el dispositivo (4) de medición de temperatura está acoplado a un impulsor rotatorio (9) detrás de la mirilla (2) con el fin de colocar el eje de pivote (5) , dicho impulsor rotatorio (9) está situado por debajo de la mirilla (2) , en donde la mirilla (2) se dispone en saliente tubular de conexión (8) situado en la pared (3) de reactor.

12. El uso de la disposición según una de las reivindicaciones 1 a 10 para reactores de deposición de silicio.

13. Método para la medición de la temperatura y el crecimiento de grosor de varillas delgadas de silicio en un reactor de deposición de silicio, caracterizado por

-disposición de las varillas de silicio en el reactor de deposición de silicio, extracción del oxígeno e inicio del proceso de deposición por la integración de las varillas delgadas de silicio (1.1) en un circuito eléctrico, y la introducción de triclorosilano,

-exploración de las varillas de silicio (1.1) mediante un dispositivo (4) de medición de temperatura que está situado fuera del reactor de deposición de silicio, y la selección de una de las varillas delgadas silicio (1.1) y la focalización del dispositivo de medición de temperatura sobre la varilla delgada de silicio seleccionada (1.1) ,

-grabación de una curva de temperatura trazada frente al tiempo y la medición simultánea del crecimiento de grosor mediante pivote horizontal del dispositivo (4) de medición de temperatura hasta que se identifica un cambio repentino de luz/oscuridad y el pivote del dispositivo (4) de medición de temperatura en el sentido opuesto hasta que se identifica un cambio repentino adicional de luz/oscuridad,

-cálculo del diámetro de la varilla delgada de silicio revestida a partir del ángulo de pivote y la distancia entre el eje de pivote (5) y la varilla de silicio (1) , y

-repetición de la medición del crecimiento de grosor en intervalos predeterminados, y finalización del proceso de deposición después de que la varilla delgada de silicio revestida (1.2) haya alcanzado un grosor predeterminado.

14. Método según la reivindicación 13, caracterizado porque los intervalos son ≥ cero.

15. Método según las reivindicaciones 13 y 14, caracterizado porque una pluralidad de varillas delgadas de silicio

(1.1) son seleccionan y se miden, escalonadas en el tiempo.

16. Método según una de las reivindicaciones 13 a 15, caracterizado porque las reflexiones sobre la pared interior del reactor de deposición de silicio antes del inicio del proceso de exploración se enmascaran mediante un filtro de polarización.