CN114318509A - 一种硅料处理装置、硅棒生产设备和硅料处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种硅料处理装置、硅棒生产设备和硅料处理方法。硅料处理装置包括：进料组件，用于传输硅料，所述进料组件包括沿传输方向依次设置的上料区、扫描区和装料区，其中，待传输的硅料在所述上料区添加至所述进料组件；扫描组件，对应所述扫描区设置，所述扫描组件用于采集位于所述扫描区的硅料的硅料信息，所述硅料信息包括硅料的形状特征和尺寸特征中的一项或多项；控制器，与所述扫描组件连接，所述控制器用于根据所述硅料信息生成装料策略；装料组件，对应所述装料区设置，所述装料组件用于根据所述装料策略将位于所述装料区的硅料移动至目标位置。本发明实施例而能够更加稳定的实现硅液的供给，降低了拉晶工序中，硅棒断线的可能性。

Description

一种硅料处理装置、硅棒生产设备和硅料处理方法
技术领域
本发明涉及半导体加工技术领域，尤其涉及一种硅料处理装置、硅棒生产设备和硅料处理方法。
背景技术
现有的单晶硅硅棒制作时，主要以多晶硅硅料为原料，将硅料加热熔化后，通过拉晶工艺完成单晶硅硅棒的制作。相关技术中的加料方式通常为按照一定的重量周期性的向熔化硅料的坩埚中添加硅料，硅料被加热熔化后形成硅液，然而不同形状和不同尺寸的硅料的熔化速度和效率是不同的，这导致硅料供给的速度虽然在重量上是均匀的，但是硅液的供给速度存在波动，使得拉晶过程中可能出现断线。
发明内容
本发明实施例提供一种硅料处理装置、硅棒生产设备和硅料处理方法，以解决拉晶过程中可能出现断线的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种硅料处理装置，包括：
进料组件，用于传输硅料，所述进料组件包括沿传输方向依次设置的上料区、扫描区和装料区，其中，待传输的硅料在所述上料区添加至所述进料组件；
扫描组件，对应所述扫描区设置，所述扫描组件用于采集位于所述扫描区的硅料的硅料信息，所述硅料信息包括硅料的形状特征和尺寸特征中的一项或多项；
控制器，与所述扫描组件连接，所述控制器用于根据所述硅料信息生成装料策略；
装料组件，对应所述装料区设置，所述装料组件用于根据所述装料策略将位于所述装料区的硅料移动至目标位置。
在一些实施例中，所述进料组件包括环状设置的传送带，在传输硅料过程中，所述传送带沿着由所述上料区到所述扫描区和所述装料区的方向循环转动。
在一些实施例中，所述进料组件还包括清洁区，所述清洁区位于所述装料区和所述上料区之间，所述硅料处理装置还包括清洁组件，所述清洁组件对应所述清洁区设置，所述清洁组件用于清洁位于所述传送带位于所述清洁区的部分。
在一些实施例中，所述进料组件还包括除尘区，所述除尘区位于所述上料区和所述扫描区之间，所述硅料处理装置还包括除尘组件，所述除尘组件对应所述除尘区设置，用于对位于所述除尘区的硅料进行除尘处理。
在一些实施例中，所述除尘组件包括多个空气喷头、弧形轨道和驱动组件，所述弧形轨道跨设于所述传送带的上方，所述空气喷头设置于所述弧形轨道上，且所述空气喷头朝向所述传送带设置，所述驱动组件用于驱动所述空气喷头在所述弧形轨道上往复移动。
第二方面，本发明实施例提供了一种硅棒生产设备，包括拉晶装置和供料装置，所述硅料处理装置用于向所述拉晶装置提供硅料，所述供料装置为以上任一项所述的硅料处理装置。
第三方面，本发明实施例提供了一种硅料处理方法，包括以下步骤：
获取硅料的硅料信息，所述硅料信息包括硅料的形状特征和尺寸特征中的一项或多项；
根据所述硅料信息生成装料策略；
根据所述装料策略控制装料组件向目标位置提供硅料。
在一些实施例中，所述硅料信息包括硅料的形状特征，所述获取硅料的硅料信息，包括：
扫描获得所述硅料的整体形状，并根据所述整体形状确定所述硅料的棱角系数，所述棱角系数包括棱角数量和棱角尖锐度中的一项或多项；
扫描所述硅料的表面结构，并根据所述表面结构确定所述硅料的光滑程度系数；
生成包括所述硅料的形状特征的硅料信息，其中，所述形状特征包括所述棱角系数和所述光滑度系数。
在一些实施例中，所述硅料信息包括硅料的尺寸特征，所述获取硅料的硅料信息，包括：
扫描所述硅料在不同维度上的最大尺寸；
根据所述硅料在不同维度上的最大尺寸的差值确定所述硅料的尺寸特征；
生成包括所述尺寸特征的硅料信息。
在一些实施例中，所述根据所述硅料信息生成装料策略，包括：
根据硅棒的生产状态确定加料区间，其中，所述加料区间包括硅料的形状特征对应的形状区间和尺寸特征对应的尺寸区间中的至少一项；
将硅料信息满足所述加料区间的硅料标记为待添加硅料；
将硅料信息不满足所述加料区间的硅料标记为再循环硅料。
本发明实施例通的进料组件包括扫描区，通过设置对应扫描区的扫描组件，能够采集位于扫描区的硅料的硅料信息，进一步的，可以根据硅料信息生成相应的装料策略。本实施例的技术方案在装料过程中，还考虑了硅料的形状和尺寸等特征对于硅料熔化速度的影响，从而能够更加稳定的实现硅液的供给，降低了拉晶工序中，硅棒断线的可能性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。
图1是本发明一实施例中硅料处理方法的流程图；
图2是本发明一实施例中进料组件的分区示意图。
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，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。不冲突的情况下，下述实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种硅料处理装置。
在一个实施例中，该硅料处理装置包括进料组件200、扫描组件、控制器和装料组件。
本发明实施例还提供了一种硅料处理方法。
如图1所示，在一个实施例中，该硅料处理方法包括以下步骤：
步骤101：获取硅料的硅料信息，所述硅料信息包括硅料的形状特征和尺寸特征中的一项或多项；
步骤102：根据所述硅料信息生成装料策略；
步骤103：根据所述装料策略控制装料组件向目标位置提供硅料。
以该硅料处理方法应用本实施例中的硅料处理装置做示例性说明。
在一些实施例中，进料组件200用于传输硅料，如图2所示，进料组件200包括沿传输方向依次设置的上料区、扫描区和装料区。
本实施例中，待传输的硅料在上料区添加至进料组件200，在装料区被移动至目标位置。装料组件对应装料区设置，装料组件可以选择机械手等设备，以将装料区的硅料抓取并移动至目标位置，一般来说，硅料在装料区被移动至拉晶装置，作为拉晶工艺的原材料，也就是说，目标位置可以是拉晶装置的上料区。
扫描组件对应扫描区设置，本实施例中的扫描组件可以是摄像机、激光扫描仪等扫描组件，该扫描组件用于扫描硅料，从而采集位于扫描区的硅料的硅料信息。其中，硅料信息包括硅料的形状特征和尺寸特征中的一项或多项。
控制器与扫描组件连接，控制器用于根据硅料信息生成装料策略。
可以理解的是，不同形状和不同尺寸的硅料的熔化速度是不同的。示例性的，对于同样重量的两份硅料来说，在相同的条件下，小尺寸的硅料的熔化速度更快，又如，对于同样大小的两块硅料来说，表面光滑的硅料熔化速度小于表面凹凸不平的硅料的熔化速度。
本实施例中，在扫描获得了硅料信息之后，进一步生成相应的装料策略，装料组件根据装料策略将位于装料区的硅料移动至目标位置，这样，通过控制装料进程，能够使得硅液供给速度更加稳定，从而使得拉晶工艺进行的更加稳定，降低了硅棒断线的可能性。
本发明实施例通的进料组件200包括扫描区，通过设置对应扫描区的扫描组件，能够采集位于扫描区的硅料的硅料信息，进一步的，可以根据硅料信息生成相应的装料策略。本实施例的技术方案在装料过程中，还考虑了硅料的形状和尺寸等特征对于硅料熔化速度的影响，从而能够更加稳定的实现硅液的供给，降低了拉晶工序中，硅棒断线的可能性。
在一些实施例中，如图2所示，进料组件200包括环状设置的传送带，在传输硅料过程中，传送带沿着由上料区到扫描区和装料区的方向循环转动，图2中的箭头代表传送带的转动方向。
需要理解的是，环形分布的传送带可以是圆形的，也可以不是圆形的，示例性的，可以参考机场行李提取系统，传送带可以循环移动，这样，如果一块硅料未被装料组件移动至目标位置，则该硅料会在传送带的带动下循环移动。
如果当前装料区中的硅料不符合装料要求，则可以暂时跳过该硅料的装料，使该硅料再次循环经过上料区和扫描区，直至该硅料满足装料要求时，再将该硅料移动至目标位置。
基于该环状设置的传送带，能够避免不符合要求的硅料在装料区堆积，有助于提高装料效果。
在一些实施例中，进料组件200还包括清洁区，清洁区位于装料区和上料区之间，硅料处理装置还包括清洁组件，清洁组件对应清洁区设置，清洁组件用于清洁位于传送带位于清洁区的部分，以保证传送带的清洁度，有助于减少对于硅料造成的污染。
在一些实施例中，进料组件200还包括除尘区，除尘区位于上料区和扫描区之间，硅料处理装置还包括除尘组件，除尘组件对应除尘区设置，用于对位于除尘区的硅料进行除尘处理。
在一些实施例中，除尘组件包括多个空气喷头、弧形轨道和驱动组件，弧形轨道跨设于传送带的上方，空气喷头设置于弧形轨道上，且空气喷头朝向传送带设置，驱动组件用于驱动空气喷头在弧形轨道上往复移动。
本实施例中，设置了空气喷头，空气喷头与高压气泵连接，空气喷头在弧形轨道上往复移动，从而能够多角度的执行除尘操作，避免各种杂质、灰尘和硅料粉末进入后续的扫描区和装料区，有助于避免对于硅料的扫描过程造成干扰，也能够避免杂质附着在硅料上，对后续拉晶工序造成影响。
在一些实施例中，硅料信息包括硅料的形状特征，所述获取硅料的硅料信息，包括：
扫描获得所述硅料的整体形状，并根据所述整体形状确定所述硅料的棱角系数；
扫描所述硅料的表面结构，并根据所述表面结构确定所述硅料的光滑程度系数；
生成包括所述硅料的形状特征的硅料信息，其中，所述形状特征包括所述棱角系数和所述光滑度系数。
本实施例中，针对硅料的形状，主要统计硅料的棱角相关信息，本实施例中，以棱角系数表明与棱角相关的信息，具体的，棱角系数包括棱角数量和棱角尖锐度中的一项或多项，其中，棱角的数量越多，则硅料熔化速度越快，棱角的尖锐度越大，则硅料熔化速度越快，因此，本实施例中，棱角系数可以设定为一个与棱角数量和棱角尖锐度正相关的量。
示例性的，某一硅料的棱角数量为10个，其中，8个棱角的尖锐度大于90度，则这8个棱角的尖锐度系数为0.8，两个棱角小于90度，则这两个棱角的尖锐度系数为1，这样，将各的尖锐度系数加权，能够得到该硅料的棱角系数为0.8*8+1*2＝8.4。在其他条件相同的情况下，棱角系数越大的硅料熔化速度也就越快。
又如，硅料表面的光滑度越高，则熔化速度越慢，因此，将光滑度系数定义为一个0至1之间的数值，并且光滑度越高，则光滑度系数越小。
在一些实施例中，所述硅料信息包括硅料的尺寸特征，所述获取硅料的硅料信息，包括：
扫描所述硅料在不同维度上的最大尺寸；
根据所述硅料在不同维度上的最大尺寸的差值确定所述硅料的尺寸特征；
生成包括所述尺寸特征的硅料信息。
本实施例中，不同维度可以指的是硅料的长宽高三个维度，一般来说，硅料的形状是不均匀的，因此，本实施例中获取各维度上的最大尺寸。
示例性的，有两块体积和重量相同的硅料，其中一块较为细长，而另一款接近球形，则球形硅料的熔化速度小于细长硅料的熔化速度，可以理解为，如果硅料的三维尺寸较为接近，则该硅料的熔化速度较慢，而如果三维尺寸相差较大，则熔化速度较快。
本实施例中，在获取了不同维度上的最大尺寸后，根据不同维度上最大尺寸的大小关系确定一个尺寸系数，作为该硅料的尺寸特征。
可以理解为，如果硅料的三维尺寸越接近，则该尺寸系数越小，该硅料熔化速度越慢，如果硅料的三维尺寸差值越大，则该尺寸系数越大，该硅料熔化速度越快。
这样，根据硅料各维度上的尺寸特征，能够确定该硅料与尺寸特征相关的硅料信息。
在一些实施例中，所述根据所述硅料信息生成装料策略，包括：
根据硅棒的生产状态确定加料区间，其中，所述加料区间包括硅料的形状特征对应的形状区间和尺寸特征对应的尺寸区间中的至少一项；
将硅料信息满足所述加料区间的硅料标记为待添加硅料；
将硅料信息不满足所述加料区间的硅料标记为再循环硅料。
在确定了硅料的尺寸特征和形状特征之后，结合硅料的尺寸特征和形状特征能够确定一个与该硅料熔化速度相关的熔化系数，示例性的，可以通过以下公式计算熔化系数：S0＝A*S1+B*S2。
其中，S0为熔化系数，A和B为两个系数，可以根据需要或根据经验设定。S1为根据尺寸特征确定的系数，S2为根据形状特征确定的系数，具体的，可以由上述尖锐度系数和光滑度系数加权得到。
实施时，结合当前的生产进程确定当前需要添加的硅料的熔化系数的范围，如果一块硅料满足要求，则将该硅料标记为待添加硅料，当该硅料移动至装料区后，通过装料组件将该硅料移动至拉晶装置的上料区。
如果一块硅料不满足要求，则将该硅料标记为再循环硅料，该硅料通过传送组件再次循环传送，从而避免对加料过程造成干扰。
示例性的，根据当前的生产进程，目前可以添加熔化系数处于5至10之间的硅料，如果一块硅料的熔化系数为8，则将该硅料标记为待添加硅料，如果一块硅料的熔化系数为12，则将硅料标记为再循环硅料。
进一步的，在一些实施例中，为了提高硅料的装料效果，还可以统计多块硅料的综合熔化系数，这样，可以通过同时添加熔化速度较快的硅料和熔化速度较慢的硅料，以使其熔化速度相平衡，有助于提高装料效果。
本发明实施例提供了一种硅棒生产设备，包括拉晶装置和供料装置，所述硅料处理装置用于向所述拉晶装置提供硅料，所述供料装置为以上任一种硅料处理装置。本实施例的技术方案包括了上述硅料处理装置实施例的全部技术方案，因此至少能够实现上述全部技术效果，此处不再赘述。
以上，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权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种硅料处理装置，其特征在于，包括：
进料组件，用于传输硅料，所述进料组件包括沿传输方向依次设置的上料区、扫描区和装料区，其中，待传输的硅料在所述上料区添加至所述进料组件；
扫描组件，对应所述扫描区设置，所述扫描组件用于采集位于所述扫描区的硅料的硅料信息，所述硅料信息包括硅料的形状特征和尺寸特征中的一项或多项；
控制器，与所述扫描组件连接，所述控制器用于根据所述硅料信息生成装料策略；
装料组件，对应所述装料区设置，所述装料组件用于根据所述装料策略将位于所述装料区的硅料移动至目标位置。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述进料组件包括环状设置的传送带，在传输硅料过程中，所述传送带沿着由所述上料区到所述扫描区和所述装料区的方向循环转动。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述进料组件还包括清洁区，所述清洁区位于所述装料区和所述上料区之间，所述硅料处理装置还包括清洁组件，所述清洁组件对应所述清洁区设置，所述清洁组件用于清洁位于所述传送带位于所述清洁区的部分。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述进料组件还包括除尘区，所述除尘区位于所述上料区和所述扫描区之间，所述硅料处理装置还包括除尘组件，所述除尘组件对应所述除尘区设置，用于对位于所述除尘区的硅料进行除尘处理。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述除尘组件包括多个空气喷头、弧形轨道和驱动组件，所述弧形轨道跨设于所述传送带的上方，所述空气喷头设置于所述弧形轨道上，且所述空气喷头朝向所述传送带设置，所述驱动组件用于驱动所述空气喷头在所述弧形轨道上往复移动。
6.一种硅棒生产设备，其特征在于，包括拉晶装置和供料装置，所述硅料处理装置用于向所述拉晶装置提供硅料，所述供料装置为权利要求1至5中任一项所述的硅料处理装置。
7.一种硅料处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取硅料的硅料信息，所述硅料信息包括硅料的形状特征和尺寸特征中的一项或多项；
根据所述硅料信息生成装料策略；
根据所述装料策略控制装料组件向目标位置提供硅料。
8.根据权利要求7所述的硅料处理方法，其特征在于，所述硅料信息包括硅料的形状特征，所述获取硅料的硅料信息，包括：
扫描获得所述硅料的整体形状，并根据所述整体形状确定所述硅料的棱角系数，所述棱角系数包括棱角数量和棱角尖锐度中的一项或多项；
扫描所述硅料的表面结构，并根据所述表面结构确定所述硅料的光滑程度系数；
生成包括所述硅料的形状特征的硅料信息，其中，所述形状特征包括所述棱角系数和所述光滑度系数。
9.根据权利要求7所述的硅料处理方法，其特征在于，所述硅料信息包括硅料的尺寸特征，所述获取硅料的硅料信息，包括：
扫描所述硅料在不同维度上的最大尺寸；
根据所述硅料在不同维度上的最大尺寸的差值确定所述硅料的尺寸特征；
生成包括所述尺寸特征的硅料信息。
10.根据权利要求7所述的硅料处理方法，其特征在于，所述根据所述硅料信息生成装料策略，包括：
根据硅棒的生产状态确定加料区间，其中，所述加料区间包括硅料的形状特征对应的形状区间和尺寸特征对应的尺寸区间中的至少一项；
将硅料信息满足所述加料区间的硅料标记为待添加硅料；
将硅料信息不满足所述加料区间的硅料标记为再循环硅料。
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