CN114046755A - 获取直拉法拉制硅棒的实时长度的装置、方法及拉晶炉 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了获取直拉法拉制硅棒的实时长度的装置、方法及拉晶炉，该装置包括：固定地设置在用于夹持籽晶的夹头上方的测距传感器，测距传感器用于在被夹头夹持的籽晶位于硅熔体的液面处时测量自身与夹头之间的基准实际距离并还用于在夹头被提拉并且籽晶远离液面以在液面处生长所述硅棒期间测量自身与夹头之间的实时实际距离；换算单元，其用于基于基准实际距离确定测距传感器与夹头之间在竖直方向上的基准竖直距离并还用于基于实时实际距离确定测距传感器与夹头之间在竖直方向上的实时竖直距离的；用于计算基准竖直距离减去实时竖直距离所得到的实时差值来作为所述硅棒的实时长度的计算单元。

Description

获取直拉法拉制硅棒的实时长度的装置、方法及拉晶炉
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及获取直拉法拉制硅棒的实时长度的装置、方法及拉晶炉。
背景技术
直拉单晶制造法(简称CZ(Czochralski)法)是硅棒生长的一种常用方法，其过程通常包括：装料与熔料、熔接、细颈、放肩、转肩、等径生长和收尾等几个阶段。下面对这些阶段进行较为具体的描述。
首先，将块状的多晶硅原料投入坩埚中进行加热以使其全部熔化，在加热期间，按工艺要求调整气体的流量、压力、坩埚位置、晶体旋转、坩埚旋转；待熔体稳定后，降下籽晶至离液面3mm～5mm的距离处，在使籽晶预热之后将籽晶下降至熔体的表面；在使籽晶与溶体充分接触后将籽晶插入熔体以进行引颈，引颈阶段完成后使直径增大到目标直径；当细颈生长至足够长度并且达到一定的提拉速率，即可降低拉速进行放肩、转肩，之后进入等径生长阶段直至收尾完成整个生产过程。
在上述过程中，需严格监控硅棒的生长直径以确保最终生长出的硅棒满足生产要求。现有技术中，已经能够实现对直径、温度、温升、液面温度、炉压、锅跟控制等的精确及实时控制。特别地，对于硅棒的长度，目前是通过提拉装置的提拉线上升长度得到的，随着硅棒的不断增长，提拉线所受的硅棒重力也不断增大，因此提拉线也随之被拉伸，这使得根据上述方法所得出的实时硅棒长度并不准确，准确的硅棒长度只能通过拉晶结束并且冷却之后由人工操作测量，但人工操作误差大且繁琐。
然而，硅棒长度是区分晶体生长过程的各个阶段的关键参数，也是保持硅棒品质的关键参数，换言之，在拉晶过程中获取到准确实时的硅棒长度将对拉晶工艺有重要的指导作用。
鉴于上述情况，如何在拉晶过程中获取到准确实时的硅棒长度是本领域亟需解决的技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例期望提供获取直拉法拉制硅棒的实时长度的装置、方法及拉晶炉
本发明的技术方案是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种用于在直拉法拉制硅棒期间获取所述硅棒的实时长度的获取装置，所述获取装置包括：
固定地设置在用于夹持籽晶的夹头上方的测距传感器，所述测距传感器用于在被所述夹头夹持的所述籽晶位于硅熔体的液面处时测量自身与所述夹头之间的基准实际距离，所述测距传感器还用于在所述夹头被提拉并且所述籽晶远离所述液面以在所述液面处生长所述硅棒期间测量自身与所述夹头之间的实时实际距离；
换算单元，所述换算单元用于基于所述基准实际距离确定所述测距传感器与所述夹头之间在竖直方向上的基准竖直距离，所述换算单元还用于基于所述实时实际距离确定所述测距传感器与所述夹头之间在竖直方向上的实时竖直距离；
计算单元，所述计算单元用于计算所述基准竖直距离减去所述实时竖直距离所得到的实时差值来作为所述硅棒的实时长度。
第二方面，本发明实施例提供了一种用于在直拉法拉制硅棒期间获取所述硅棒的实时长度的方法，所述方法包括：
固定地设置在用于夹持籽晶的夹头上方的测距传感器在被所述夹头夹持的所述籽晶位于硅熔体的液面处时测量自身与所述夹头之间的基准实际距离；
基于所述基准实际距离确定所述测距传感器与所述夹头之间在竖直方向上的基准竖直距离；
所述测距传感器在所述夹头被提拉并且所述籽晶远离所述液面以在所述液面处生长所述硅棒期间测量自身与所述夹头之间的实时实际距离；
基于所述实时实际距离确定所述测距传感器与所述夹头之间在竖直方向上的实时竖直距离；
计算所述基准竖直距离减去所述实时竖直距离所得到的实时差值来作为所述硅棒的实时长度。
第三方面，本发明实施例提供了一种拉晶炉，所述拉晶炉包括：
根据第一方面所述的获取装置；
炉体；
设置在所述炉体内部的坩埚，所述坩埚用于容纳所述硅熔体；
设置在所述炉体内部并且设置在所述坩埚外围的加热器，所述加热器用于对所述坩埚进行加热；
与所述夹头固定连接的提拉线；
设置在所述炉体外部的驱动装置，所述驱动装置用于驱动所述提拉线移动以对所述夹头进行提拉。
根据本发明实施例提供的技术方案，由于夹持籽晶的夹头与硅棒之间为刚性连接，因此二者之间的距离基本上不会受到持续增大的硅棒重量的影响，基于此，通过设置在用于夹持籽晶的夹头上方的测距传感器，可以测量出测距传感器与夹头之间的实时距离，计算单元可以通过测得的实时距离计算出硅棒的实时长度。也就是说，根据本发明实施例的获取装置能够方便、实时、快速的测量出拉晶过程中硅棒的实时长度，并且测量过程受人为干扰少，具有测量精度高、测量效率高的优点。
附图说明
图1为本发明实施例提供的用于在直拉法拉制硅棒期间获取所述硅棒的实时长度的获取装置的示意图；
图2为本发明实施例提供的用于在直拉法拉制硅棒期间获取所述硅棒的实时长度的方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的拉晶炉的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
参见图1，本发明的第一方面提供了一种用于在直拉法拉制硅棒期间获取所述硅棒的实时长度的获取装置1，所述获取装置1包括：
固定地设置在用于夹持籽晶S1的夹头C1上方的测距传感器10，所述测距传感器10用于在被所述夹头C1夹持的所述籽晶S1位于硅熔体S2的液面处时测量自身与所述夹头C1之间的基准实际距离，所述测距传感器10还用于在所述夹头C1被提拉并且所述籽晶S1远离所述液面以在所述液面处生长所述硅棒S3期间测量自身与所述夹头C1之间的实时实际距离，测距传感器10例如可以是激光测距传感器；
换算单元20，所述换算单元20用于基于所述基准实际距离确定所述测距传感器10与所述夹头C1之间在竖直方向上的基准竖直距离，所述换算单元20还用于基于所述实时实际距离确定所述测距传感器10与所述夹头C1之间在竖直方向上的实时竖直距离；
计算单元30，所述计算单元30用于计算所述基准竖直距离减去所述实时竖直距离所得到的实时差值来作为所述硅棒S3的实时长度。
根据本发明实施例提供的技术方案，由于夹持籽晶的夹头与硅棒之间为刚性连接，因此二者之间的距离基本上不会受到持续增大的硅棒重量的影响，基于此，通过设置在用于夹持籽晶的夹头上方的测距传感器，可以测量出测距传感器与夹头之间的实时距离，计算单元可以通过测得的实时距离计算出硅棒的实时长度。也就是说，根据本发明实施例的获取装置能够方便、实时、快速的测量出拉晶过程中硅棒的实时长度，并且测量过程受人为干扰少，具有测量精度高、测量效率高的优点。
在实际应用中，测距传感器的位置可以根据具体需要来设定，根据本发明的优选实施例，如图1所示，所述测距传感器10设置成在竖直方向上与所述夹头C1对准，所述换算单元20将所述基准实际距离作为所述基准竖直距离，并且所述换算单元20将所述实时实际距离作为所述实时竖直距离。
在本发明的另外的优选实施例中，所述测距传感器10设置成相对于所述夹头C1在水平方向上偏移，所述换算单元20根据所述基准实际距离和偏移距离换算所述基准竖直距离，并且所述换算单元20根据所述实时实际距离和所述偏移距离换算所述实时竖直距离。尽管在附图中未详细示出，但可以理解的是，上述的基准实际距离、偏移距离和基准竖直距离构成了直角三角形，因此，假设测距传感器10测得的基准实际距离为D1并且偏移距离为D2，则换算单元20可以换算出基准竖直距离D＝(D12-D22)1/2。上述的实时竖直距离也可以通过类似的方式换算出，不再赘述。
当受到其他客观条件的约束而无法将测距传感器设置成在竖直方向上与夹头对准时，根据本发明的优选实施例的获取装置仍可以通过测量及换算的方式获取实时竖直距离，从而获得硅棒的实时长度。
为了便于操作人员及时且直观地了解硅棒的实时长度，如图1所示，优选地，获取装置1还包括显示屏40，所述显示屏40用于显示所述硅棒的实时长度的读数。
参见图2，本发明的第二方面还提供了一种用于在直拉法拉制硅棒期间获取所述硅棒的实时长度的方法，所述方法包括：
固定地设置在用于夹持籽晶的夹头上方的测距传感器在被所述夹头夹持的所述籽晶位于硅熔体的液面处时测量自身与所述夹头之间的基准实际距离；
基于所述基准实际距离确定所述测距传感器与所述夹头之间在竖直方向上的基准竖直距离；
所述测距传感器在所述夹头被提拉并且所述籽晶远离所述液面以在所述液面处生长所述硅棒期间测量自身与所述夹头之间的实时实际距离；
基于所述实时实际距离确定所述测距传感器与所述夹头之间在竖直方向上的实时竖直距离；
计算所述基准竖直距离减去所述实时竖直距离所得到的实时差值来作为所述硅棒的实时长度。
根据本发明的优选实施例，相应于所述测距传感器在竖直方向上与所述夹头对准，
所述基于所述基准实际距离确定所述测距传感器与所述夹头之间在竖直方向上的基准竖直距离包括：
将所述基准实际距离作为所述基准竖直距离；并且
所述基于所述实时实际距离确定所述测距传感器与所述夹头之间在竖直方向上的实时竖直距离包括：
将所述实时实际距离作为所述实时竖直距离。
根据本发明的优选实施例，相应于所述测距传感器相对于所述夹头在水平方向上偏移，
所述基于所述基准实际距离确定所述测距传感器与所述夹头之间在竖直方向上的基准竖直距离包括：
根据所述基准实际距离和偏移距离换算所述基准竖直距离；并且
所述基于所述实时实际距离确定所述测距传感器与所述夹头之间在竖直方向上的实时竖直距离包括：
根据所述实时实际距离和所述偏移距离换算所述实时竖直距离。
根据本发明的优选实施例，所述方法还包括：
将所述硅棒的实时长度的读数进行显示。
参见图3，本发明的第三方面还提供了一种拉晶炉L，所述拉晶炉L包括：
根据本发明的第一方面提供的获取装置1，如图3所示，获取装置1由虚线框示出；
炉体50；
设置在所述炉体50内部的坩埚60，所述坩埚60用于容纳所述硅熔体S2；
设置在所述炉体50内部并且设置在所述坩埚60外围的加热器70，所述加热器70用于对所述坩埚60进行加热；
与所述夹头C1固定连接的提拉线80；
设置在所述炉体50外部的驱动装置90，所述驱动装置90用于驱动所述提拉线80移动以对所述夹头C1进行提拉。
在使用根据本发明实施例的拉晶炉L拉制硅棒时，由于拉晶炉L中设有获取装置，操作人员可以获取正在拉制的硅棒的实时长度，操作人员可以基于硅棒的实时长度了解到硅棒的生长阶段，从而适应性地调整与硅棒生长相关的各个环境参数，使得所拉直的硅棒的参数能够达到所期望的标准。
根据本发明的优选实施例，所述测距传感器10设置在所述炉体50的内壁上。
需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于在直拉法拉制硅棒期间获取所述硅棒的实时长度的获取装置，其特征在于，所述获取装置包括：
固定地设置在用于夹持籽晶的夹头上方的测距传感器，所述测距传感器用于在被所述夹头夹持的所述籽晶位于硅熔体的液面处时测量自身与所述夹头之间的基准实际距离，所述测距传感器还用于在所述夹头被提拉并且所述籽晶远离所述液面以在所述液面处生长所述硅棒期间测量自身与所述夹头之间的实时实际距离；
换算单元，所述换算单元用于基于所述基准实际距离确定所述测距传感器与所述夹头之间在竖直方向上的基准竖直距离，所述换算单元还用于基于所述实时实际距离确定所述测距传感器与所述夹头之间在竖直方向上的实时竖直距离；
计算单元，所述计算单元用于计算所述基准竖直距离减去所述实时竖直距离所得到的实时差值来作为所述硅棒的实时长度。
2.根据权利要求1所述的获取装置，其特征在于，所述测距传感器设置成在竖直方向上与所述夹头对准，所述换算单元将所述基准实际距离作为所述基准竖直距离，并且所述换算单元将所述实时实际距离作为所述实时竖直距离。
3.根据权利要求1所述的获取装置，其特征在于，所述测距传感器设置成相对于所述夹头在水平方向上偏移，所述换算单元根据所述基准实际距离和偏移距离换算所述基准竖直距离，并且所述换算单元根据所述实时实际距离和所述偏移距离换算所述实时竖直距离。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的获取装置，其特征在于，所述获取装置还包括显示屏，所述显示屏用于显示所述硅棒的实时长度的读数。
5.一种用于在直拉法拉制硅棒期间获取所述硅棒的实时长度的方法，其特征在于，所述方法包括：
固定地设置在用于夹持籽晶的夹头上方的测距传感器在被所述夹头夹持的所述籽晶位于硅熔体的液面处时测量自身与所述夹头之间的基准实际距离；
基于所述基准实际距离确定所述测距传感器与所述夹头之间在竖直方向上的基准竖直距离；
所述测距传感器在所述夹头被提拉并且所述籽晶远离所述液面以在所述液面处生长所述硅棒期间测量自身与所述夹头之间的实时实际距离；
基于所述实时实际距离确定所述测距传感器与所述夹头之间在竖直方向上的实时竖直距离；
计算所述基准竖直距离减去所述实时竖直距离所得到的实时差值来作为所述硅棒的实时长度。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，相应于所述测距传感器在竖直方向上与所述夹头对准，
所述基于所述基准实际距离确定所述测距传感器与所述夹头之间在竖直方向上的基准竖直距离包括：
将所述基准实际距离作为所述基准竖直距离；并且
所述基于所述实时实际距离确定所述测距传感器与所述夹头之间在竖直方向上的实时竖直距离包括：
将所述实时实际距离作为所述实时竖直距离。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，相应于所述测距传感器相对于所述夹头在水平方向上偏移，
所述基于所述基准实际距离确定所述测距传感器与所述夹头之间在竖直方向上的基准竖直距离包括：
根据所述基准实际距离和偏移距离换算所述基准竖直距离；并且
所述基于所述实时实际距离确定所述测距传感器与所述夹头之间在竖直方向上的实时竖直距离包括：
根据所述实时实际距离和所述偏移距离换算所述实时竖直距离。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述硅棒的实时长度的读数进行显示。
9.一种拉晶炉，其特征在于，所述拉晶炉包括：
根据权利要求1至4中任一项所述的获取装置；
炉体；
设置在所述炉体内部的坩埚，所述坩埚用于容纳所述硅熔体；
设置在所述炉体内部并且设置在所述坩埚外围的加热器，所述加热器用于对所述坩埚进行加热；
与所述夹头固定连接的提拉线；
设置在所述炉体外部的驱动装置，所述驱动装置用于驱动所述提拉线移动以对所述夹头进行提拉。
10.根据权利要求9所述的拉晶炉，其特征在于，所述测距传感器设置在所述炉体的内壁上。
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