CN110592662A - 热场测量机构及校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热场测量机构及校正方法。在晶体生长装置中的坩埚轴上设置测量平台，距离传感器通过测量工装设置在测量平台上，在实际晶体生长状态的情况下，以坩埚轴为基准，测量热场各部件不同方位的径向距离，并根据测量结果对热场进行调整，增强热场的对中性，以保证晶体生长的热区对称且稳定，使得晶体生长的扭曲变形发生的概率降低，提高晶体表面的光滑平整性，进而提高晶体的良率。

Description

热场测量机构及校正方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种热场的测量机构及校正方法。

背景技术

提拉法，又称直拉法、Cz法，是一种目前最流行的块状单晶体生长技术，传统的提拉法装置由热场系统(加热、控温和保温)、气氛控制系统(真空、气路、充气)、传动系统(提拉、旋转)等构成。该方法的优势在于可测试和观察生长界面、定向籽晶、“缩颈”技术、“收尾”技术、可旋转坩埚和晶体，因而控制方便，能获得较快的生长速率和很高的产品性能均匀性，成品率远大于其它晶体生长方式。

在提拉法生长晶体的过程中，晶体生长的成功与否以及质量的高低会由晶体生长装置中热场的温度分布等决定。例如，温度分布合适的热场，不仅硅单晶生长顺利，而且品质较高；如果热场的温度分布不是很合理，生长硅单晶的过程中容易产生各种缺陷，影响质量，情况严重的出现变晶现象生长不出来单晶。单晶生长炉中热场通常是由以石墨及石墨毡材料制作的部件组成，部件组装后的热场须保证热场的中心和坩埚系统的中心保持一致，以保证晶体生长的热区对称且稳定。但是由于组装的公差精度，会形成热场的中心偏心，进而会影响热场的温度分布。因此，如何更好的测量和校正晶体生长装置中的热场是本领域技术人员亟待解决的一个技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种晶体生长装置热场的测量机构及校正方法，实现对晶体生长装置热场的测量，并根据测量结果校正热场配置，以保证晶体生长的热区对称且稳定，提高晶体的良率。

本发明提供一种热场测量机构，用于测量晶体生长装置中热场的对中性，其特征在于，包括：设置在晶体生长装置中坩埚轴上的测量平台、设置在所述测量平台上的测量工装及设置在所述测量工装上的距离传感器，所述测量工装设置在所述测量平台的任一位置，并提供所述距离传感器一测量高度。

可选的，所述测量平台为一圆形平台。

可选的，所述坩埚轴位于所述测量平台的中心。

可选的，所述测量平台上设置有固定所述测量工装的固定位。

可选的，所述测量工装固定在距离所述测量平台的中心的一定距离的位置。

可选的，所述距离传感器为激光测距仪。

可选的，所述测量工装采用特氟龙材料制成。

可选的，所述测量平台与所述坩埚轴衔接部分采用石墨材料制成。

本发明提供一种晶体生长装置热场的校正方法，包括：

卸下晶体生长装置中与坩埚轴连接的坩埚；

在坩埚轴上安装上述的晶体生长装置热场的测量机构；

对晶体生长装置进行抽真空，并使晶体生长装置中的热场处于实际晶体生长的状态；

以坩埚系统中心为基准，测量热场各部件不同方位的径向距离；

以及，

根据测量结果对热场进行调整。

可选的，以坩埚轴为基准，测量热场各部件不同方位的径向距离，包括：

升降坩埚轴，使所述热场测量机构的距离传感器到达指定热场部件的位置；

调节坩埚轴的旋转角度，测量热场各部件与所述距离传感器之间的距离；

根据测量结果，计算热场中心的偏离量。

本发明提供一种热场测量机构及校正方法，在晶体生长装置的坩埚轴上设置测量平台，距离传感器通过测量工装设置在测量平台上，在实际晶体生长状态的情况下，以坩埚轴为基准，测量热场各部件不同方位的径向距离，并根据测量结果对热场进行调整，增强热场的对中性，以保证晶体生长的热区对称且稳定，使得晶体生长的扭曲变形发生的概率降低，提高晶体表面的光滑平整性，进而提高晶体的良率。

附图说明

图1为一晶体生长装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例中热场测量机构的结构示意图；

图3为本发明一实施例中热场的校正方法的流程图；

图4A为本发明一实施例中晶体生长装置中导流筒内径测量的方位图；

图4B为本发明一实施例中测量机构测量得到的导流筒内径至中心的距离(r)随测量测量方位的曲线图。

附图标记说明：

10-水冷腔体；11-坩埚轴；12-坩埚；13-加热器；14-侧面保温屏；15-坩埚；16-硅料；17-硅单晶棒；18-测量平台；19-测量工装；20-距离传感器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的热场测量机构及校正方法作进一步详细说明。根据下面的说明和附图，本发明的优点和特征将更清楚，然而，需说明的是，本发明技术方案的构思可按照多种不同的形式实施，并不局限于在此阐述的特定实施例。附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

在说明书和权利要求书中的术语“第一”“第二”等用于在类似要素之间进行区分，且未必是用于描述特定次序或时间顺序。要理解，在适当情况下，如此使用的这些术语可替换，例如可使得本文所述的本发明实施例能够以不同于本文所述的或所示的其他顺序来操作。类似的，如果本文所述的方法包括一系列步骤，且本文所呈现的这些步骤的顺序并非必须是可执行这些步骤的唯一顺序，且一些所述的步骤可被省略和/或一些本文未描述的其他步骤可被添加到该方法。若某附图中的构件与其他附图中的构件相同，虽然在所有附图中都可轻易辨认出这些构件，但为了使附图的说明更为清楚，本说明书不会将所有相同构件的标号标于每一图中。

图1为一晶体生长装置的结构示意图，如图1所示，晶体生长装置包括外部水冷腔体10、设置于所述水冷腔体10底部的坩埚轴11、以及设置于所述坩埚轴11周围用于对固定在坩埚轴端部的坩埚12进行加热的加热器13，加热器13与水冷腔体10的内壁之间设置有侧面保温屏14，水冷腔体10的顶部和底部还分别设置有顶部热反射屏15(导流筒)和底部保温屏(图中未示出)，各个保温屏以及加热器13共同构成晶体生长的热场。加热器13通电后发热，对坩埚12装载的硅料16加热并融化，在用保温材料碳毡包裹的石墨保温屏和惰性气体保护下，形成一个稳定热场环境，硅料先后经过熔接、细颈、放肩、转肩、等径、收尾等阶段拉制成硅单晶棒17。各部件组装后的热场须保证热场的中心和坩埚系统的中心保持一致，以保证晶体生长的热区对称且稳定。但是由于组装的公差精度，会形成热场的中心偏移，进而会影响热场的温度分布，形象晶体的生长质量。

本实施提供一种晶体生长装置热场的测量机构及校正方法，在坩埚轴上固定测量平台，距离传感器通过测量工装固定在测量平台上，在实际晶体生长状态的情况下，以坩埚系统中心为基准，测量热场各部件不同方位的径向距离，并根据测量结果对热场进行调整，实现热场的中心和坩埚系统的中心保持一致，以保证晶体生长的热区对称且稳定，使得晶体生长的扭曲变形发生的概率降低，晶体表面的光滑平整性得以提高，晶体的良率得以提高。

如图2所示，本实施例提供一种热场测量机构，用于对晶体生长装置中热场的对中性进行测量，包括：设置在晶体生长装置中坩埚轴11上的测量平台18、设置在所述测量平台18上的测量工装19及设置在所述测量工装19上的距离传感器20，所述测量工装19设置在所述测量平台18的任一位置，并提供所述距离传感器20一测量高度。

具体的，所述坩埚轴11位于晶体生长装置中坩埚系统的中心轴上，本实施例中坩埚轴11位于所述测量平台18的中心，即测量平台18的中心位于坩埚系统的中心轴上。要保证热场的中心与坩埚系统的中心一致，热场中各部件的中心必须在坩埚系统的中心轴(坩埚轴11)上，例如，位于坩埚两侧(测量平台18)的加热器13的中心要位于坩埚系统的中心轴上；位于加热器13与水冷腔体10的内壁之间的侧面保温屏14的中心要位于坩埚系统的中心轴上等。

由于坩埚轴11的升降主要是配合坩埚系统，直接将距离传感器19固定在与坩埚轴11连接固定的测量平台18，距离传感器19的测量范围有限，故本实施例在测量平台18和距离传感器20之间设置测量工装19，所述测量工装19的长度可以根据实际水冷腔体10内各热场部件的位置进行调整，以满足测量机构测定水冷腔体10不同高度不同方位的径向距离，检查热场中心的偏离量。

所述测量工装19可以固定在距离所述测量平台18的中心的不同距离的位置上，以控制所述距离传感器20在水平方向与所述测量平台18中心的距离。示例性的，所述测量平台18可以为一圆形平台，圆形平台的圆心位于所述坩埚轴11的正上方，圆形平台上设置有以圆心为中心，辐射状向圆形平台发散的测量工装19的固定位，根据测量需求，可以切换测量工装19在所述测量平台18的位置，进而调节固定在所述测量平台19上的距离传感器20的测量工位。所述测量工装19采用特氟龙材料(聚四氟乙烯)制成，在距离测量过程中，晶体生长装置中的热场处于实际晶体生长的状态，特氟龙材料抗酸碱、抗各种溶剂以及耐高温的特性可以保证测量工装19在晶体生长的高温状态下保持完好，且可以防止在测量过程中发生碰撞而导致的金属污染。所述测量平台18与所述坩埚轴11衔接部分采用石墨材料制成，以避免引入外来元素影响晶体生长。

所述距离传感器20可以为激光测距仪，例如可以为相位式激光测距仪。为保证在晶体生长热场环境下保持功能完好，所述距离传感器20的外壳防护和触发机制需要做适当改造，例如，采用特氟龙材料的外壳，蓝牙触发等。

参考图3所示，本实施例还提供一热场校正方法，用于校正晶体生长装置中的热场，包括：

S01：卸下晶体生长装置中与坩埚轴连接的坩埚；

S02：在坩埚轴上安装上述的晶体生长装置热场的测量机构；

S03：对晶体生长装置进行抽真空，并使晶体生长装置中的热场处于实际晶体生长的状态，

S04：以坩埚轴为基准，测量热场各部件不同方位的径向距离；以及，

S05：根据测量结果对热场进行调整。

具体的，执行步骤S01，晶体生长装置中，在装有热场的情况下，卸下与坩埚轴11连接的坩埚12，包括承载坩埚12的石墨托盘。

执行步骤S02，在坩埚轴11上安装晶体生长装置热场的测量机构，即将测量平台18的中心固定在坩埚轴11上，测量工装19固定在测量平台18的某一固定位上，调试固定在测量工装19的距离传感器20。

执行步骤S03，对晶体生长装置进行抽真空操作，加热器13通电加热，使晶体生长装置中的热场处于实际晶体生长的状态。

执行步骤S04，以坩埚轴为基准，测量热场各部件不同方位的径向距离。具体的，测量热场各部件不同方位的径向距离，包括：升降坩埚轴11，使所述测量机构的距离传感器20到达指定热场部件的位置；调节坩埚轴11的旋转角度，测量热场各部件与所述距离传感器之间的距离；结合测量机构中距离传感器20的径向距离，计算热场中心的偏离量。其中，热场中心的偏离量包括：加热器13的中心偏离量、导流筒15的中心偏离量，侧面保温屏14的中心偏离量等。

执行步骤S05，根据测量所得到热场中心的偏离量对热场进行调整。如根据热场中心的偏离量调整热场各部件组装，使热场中心与坩埚系统中心一致，保证热场的对中性。

图4A为晶体生长装置中导流筒内径测量的方位图，图4B为测量机构测量得到的导流筒内径至中心的距离(r)随测量测量方位的曲线图，参考图4A和图4B，经热场测量机构测量发现导流筒内径至中心的偏差有2-3mm，根据测量结果，重新调节流筒固定结构，导流筒内径至中心偏差达到小于1mm。

综上，本实施提供一种热场测量机构及校正方法，在晶体生长装置中的坩埚轴上设置测量平台，距离传感器通过测量工装设置在测量平台上。在实际晶体生长状态的情况下，以坩埚轴为基准，测量热场各部件不同方位的径向距离，并根据测量结果对热场进行调整，增强热场的对中性，以保证晶体生长的热区对称且稳定，使得晶体生长的扭曲变形发生的概率降低，提高晶体表面的光滑平整性，进而提高晶体的良率。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种热场测量机构，用于测量晶体生长装置中热场的对中性，其特征在于，包括：设置在晶体生长装置中坩埚轴上的测量平台、设置在所述测量平台上的测量工装及设置在所述测量工装上的距离传感器，所述测量工装设置在所述测量平台的任一位置，并提供所述距离传感器一测量高度。

2.根据权利要求1所述的热场测量机构，其特征在于，所述测量平台为一圆形平台。

3.根据权利要求2所述的热场测量机构，其特征在于，所述坩埚轴位于所述测量平台的中心。

4.根据权利要求1所述的热场测量机构，其特征在于，所述测量平台上设置有固定所述测量工装的固定位。

5.根据权利要求2所述的热场测量机构，其特征在于，所述测量工装固定在距离测量平台中心一定距离的位置上。

6.根据权利要求1所述的热场测量机构，其特征在于，所述距离传感器为激光测距仪。

7.根据权利要求1所述的热场测量机构，其特征在于，所述测量工装采用特氟龙材料制成。

8.根据权利要求1所述的热场测量机构，其特征在于，所述测量平台与所述坩埚轴衔接部分采用石墨材料制成。

9.一种热场校正方法，用于校正晶体生长装置中的热场，其特征在于，包括：

卸下晶体生长装置中与坩埚轴连接的坩埚；

在坩埚轴上安装如权利要求1-8中任一项所述的热场测量机构；

对晶体生长装置进行抽真空，并使晶体生长装置中的热场处于实际晶体生长的状态；

以坩埚轴为基准，测量热场各部件不同方位的径向距离；以及，

根据测量结果对热场进行调整。

10.根据权利要求9所述的热场校正方法，其特征在于，以坩埚系统中心为基准，测量热场各部件不同方位的径向距离，包括：

升降坩埚轴，使所述热场测量机构的距离传感器到达指定热场部件的位置；

调节坩埚轴的旋转角度，测量热场各部件与所述距离传感器之间的距离；

根据测量结果，计算热场中心的偏离量。