CN116288663A - 改善单晶硅棒扭曲变形的设备调试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例提供了一种改善单晶硅棒扭曲变形的设备调试方法，涉及单晶硅棒生产技术领域。方法包括：检查和调整晶转和埚转；如果晶棒扭转改善不到预期效果，则检查系统中的液口距；在液口距合适的情况下，当V实≤V目‑V浮时，则间歇地降低目标拉速V目；当V实＞V目‑V浮时，如果实际晶升＞设定晶升，则降低实际晶升；在液口距超过合适范围的情况下，则间隙地降低目标液口距。方法能够避免依据经验无法准确判断带来的晶体扭曲变形的原因，避免采取措施过度、与系统自动控制过程相冲突、加剧扭转变形等问题。
Description
技术领域
本发明涉及单晶硅棒生产技术领域，具体而言，涉及一种改善单晶硅棒扭曲变形的设备调试方法。
背景技术
目前，面对单晶硅棒扭曲变形的问题，并没有具体的解决措施，要么根据生产拉晶工作人员的经验进行操作。这样，至少存在以下缺陷：
（1）生产拉晶工作人员根据经验进行操作，工人经验不同，操作手段自主性选择较大，因此处理过程和结果受人为影响大，扭曲问题的解决存在较大的不确定性，难以实现扭曲变形的稳定处理效果；
（2）人为调整操作与设备自动化操作，造成多重操作叠加，导致干预过度，有极大的加剧扭曲或者无法改善的风险。
发明内容
本发明的目的包括提供了一种改善单晶硅棒扭曲变形的设备调试方法，其能够避免依据经验无法准确判断带来的晶体扭曲变形的原因，避免采取措施过度、与系统自动控制过程相冲突、加剧扭转变形等问题。
本发明的实施例可以这样实现：
本发明提供一种改善单晶硅棒扭曲变形的设备调试方法，方法应用于出现生产的单晶硅棒扭曲变形的拉晶设备，方法包括：
S1：检查和调整晶转和埚转；
S2：判断晶棒扭转是否改善到预期效果；
如果晶棒扭转改善不到预期效果，则继续执行S3；
S3：检查系统中的液口距；
S4：判断液口距是否合适；
在液口距合适的情况下，执行S5：判断是否V实≤V目-V浮，其中，V实为实际拉速，V目为目标拉速，V浮为浮动扩展值；在液口距超过合适范围的情况下，执行S9；
当V实≤V目-V浮时，则执行S6；
S6：间歇地降低目标拉速V目；
当V实＞V目-V浮时，则执行S7；
S7：判断是否实际晶升＞设定晶升；
如果实际晶升＞设定晶升，则执行S8：降低实际晶升；
S9：间隙地降低目标液口距。
在可选的实施方式中，S1包括：
S11：检查晶转和埚转是否同向；
若是同向，则执行S12：调整晶转和埚转异向；
若不是同向，则执行S13：降低晶转的速度，观察晶棒扭转情况。
在可选的实施方式中，S13包括：
降低晶转的速度0.5r/min-1r/min，保持8~12分钟，如晶棒扭转无好转，恢复晶转的速度。
在可选的实施方式中，S13包括：
在第一次降低晶转的速度之后，如晶棒扭转好转，则再次降低晶转的速度0.5r/min-1r/min，保持8~12分钟，如晶棒扭转无好转，恢复晶转到第一次降低后的速度，如晶棒扭转好转，则继续降低晶转的速度，直到降低晶转的速度不会带来晶棒扭转好转。
在可选的实施方式中，在S4中，引放液口距的合适范围为：30±2mm，等径液口距的合适范围为：20±2mm，V浮取值为V目的10%。
在可选的实施方式中，S6包括：
目标拉速V目每次降低0.04mm/min-0.06mm/min，相邻两次降速间隔60min以上。
在可选的实施方式中，S6还包括：
目标拉速V目总改变幅度＜0.1mm/min。
在可选的实施方式中，S9包括：
修改目标液口距，不需要退出自动，每次降低目标液口距1mm-2mm，相邻两次降低间隔＞60min。
在可选的实施方式中，S9还包括：
目标液口距总补偿幅度＜4mm。
在可选的实施方式中，方法还包括：
S10：判断上轴与下轴的对中以及热场保温性是否异常；
若有异常，则执行S101：通知维修人员检修；
若无异常，则执行S102：目标液口距降低1mm-2mm。
本发明实施例提供的改善单晶硅棒扭曲变形的设备调试方法的有益效果包括：
依次进行检查晶埚转、检查液口距，根据不同异常情况，制定了晶棒扭曲变形的标准化操作方法，避免完全凭借人工经验操作，避免依据经验无法准确判断带来的晶体扭曲变形的原因，避免采取措施过度、与系统自动控制过程相冲突、加剧扭转变形等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的改善单晶硅棒扭曲变形的设备调试方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
经过统计分析，发现造成单晶硅棒扭曲变形的主要原因包括：
1.结晶液面温度偏低，结晶速率高，使拉速小于了结晶速率，导致晶体拉制过程出现扭曲变形；
2.系统在自动调整结晶液面温度，操作人员手动干预温度调整，例如调大冷却设备的冷却功率，导致结晶液面温度偏低；
3.系统中预设的结晶液面温度小于实际所需的结晶液面温度，导致晶体拉制时实际的结晶液面温度偏低；
4.系统内热场的保温性能较差，导致晶体拉制时结晶液面温度偏低。
针对上述造成单晶硅棒扭曲变形的主要原因以及对系统各部件功能的关联性，为避免设备后续生产的单晶硅棒出现扭曲变形，请参考图1，本实施例提供了一种改善单晶硅棒扭曲变形的设备调试方法（以下简称：方法），方法主要用在拉晶设备出现生产的单晶硅棒扭曲变形之后对拉晶设备的调试，该方法可以适用的设备可以是直径为120cm、140 cm、145cm或160 cm的拉晶炉，方法包括以下步骤：
S1：检查和调整晶转和埚转。
晶转方向可由炉子顶部提拉头的运转方向得到，提拉头逆时针旋转带动炉内拉制晶体逆时针转动。
埚转可由炉子的可视窗口观察得到，参考方向为顺时针旋转。
晶转和埚转顺逆时针方向无固定，但不能同向旋转，同向旋转将导致晶体扭曲。
故检查晶转和埚转最简单，可用于初步查找晶体扭曲变形的原因。
因此，S1具体的检查过程包括：
S11：检查晶转和埚转是否同向。
若是同向，则执行S12：调整晶转和埚转异向。
若不是同向，则执行S13：降低晶转的速度，观察晶棒扭转情况。
具体的，可以是先降低晶转的速度0.5r/min-1r/min，保持8~12分钟，优选为10分钟，减少固液面甩出的熔体，减少底部过冷量的上升，从而降低过冷液与晶棒的接触，从而减少扭转变形，如晶棒扭转无好转，恢复晶转的速度，如晶棒扭转好转，则再次降低晶转的速度0.5r/min-1r/min，保持8~12分钟，如晶棒扭转无好转，恢复晶转到第一次降低后的速度，如晶棒扭转好转，则继续降低晶转的速度，直到降低晶转的速度不会带来晶棒扭转好转。
S2：判断晶棒扭转是否改善到预期效果。
如果晶棒扭转改善到预期效果，则结束。
如果晶棒扭转改善不到预期效果，则继续执行S3。
S3：检查系统中的液口距。
具体的，液口距是导流筒下沿口到液面的距离，由于导流筒的位置保持不变，故通过调节坩埚的位置来调节液口距大小，在晶棒开始拉制时，操作人员根据液口距手动放置坩埚，此时的距离由人为目测估计并进行液口距校准。晶棒拉制前期进行调温时，根据30mm的液口距去放置坩埚，将坩埚内液面与导流筒下沿口的距离调节为30mm，并将此时系统中的液口距校准为30mm，系统中的液口距由相机检测得到，后续晶棒拉制过程中，系统会根据参数设定中的液口距去调节坩埚的位置。
S4：判断液口距是否合适。
液口距是否合适是根据生产经验所得形成的一个合适范围，根据单晶行业生产经验制定sop规定：引放液口距的合适范围为：30±2mm，在这个范围内拉制晶棒成活率较高，等径液口距的合适范围为：20±2mm，在此范围内为合适，反之需调整。
在液口距合适的情况下，执行S5：判断是否V实≤V目-V浮。其中，V实为实际拉速，V目为目标拉速，V浮为浮动扩展值，V浮可以取值为V目的10%，具体可以是0.08mm/min。
当目标拉速V目与实际拉速V实的差值大于或等于V浮，则判定为实际拉速V实过小，导致晶体扭曲变形，则执行S6。
S6：间歇地降低目标拉速V目。具体的，目标拉速V目每次降低0.04mm/min-0.06mm/min，优选为0.05mm/min，相邻两次降速间隔60min以上，目标拉速V目总改变幅度＜0.1mm/min。如果执行S6能够使晶棒扭转改善到预期效果，则结束，否则执行S7。
目标拉速V目的参考值范围：M6类型为1.9-2.0mm/min，M10类型为1.7-1.8mm/min，G12类型为1.5-1.6mm/min。
降低目标拉速V目的原因在于：传统发生晶棒扭转认为是由拉速过快导致的，因此会人工直接降低拉速，若手动干预降低拉速过快，短时间内实际拉速接近于目标拉速，拉速差值减小，则系统判定温度突低，实际拉速过快，会自动升温，实则此时实际拉速偏低，差值减小是因为进行了手动干预，在实际拉速偏低的情况下进行升温会导致液面结晶速率低于晶棒提拉速度，结晶未结好就向上提拉导致断线。
实际上，如果实际拉速＜目标拉速，此时拉速并不能识别为过快，但是为匹配目标拉速，系统会自动降温，当实际拉速匹配目标拉速时，炉内温度过低，导致结晶速率＞拉速，晶体横向生长扭曲变形，由此，单纯人工改变拉速会与系统自动降温等自动调节手段相重叠，有可能加剧晶棒扭曲，在晶棒拉制过程中应尽量减少人为干预是有利的，做到系统自动拉晶，采用降低目标拉速是干预最少且最快捷、有效的方式，同时不用完全切换为人工运行，维持系统自动运行，减少人工操作的不确定性，同时可避免系统自动运行过程中温度等异常反应加剧晶棒扭曲等问题，避免因实际拉速偏低的情况下进行升温会导致液面结晶速率低于晶棒提拉速度，结晶未结好就向上提拉导致断线等问题。
进一步采用间隙式降低目标拉速的方式，每次降低0.05mm/min，间隔＞60min，因为降低目标拉速后系统需反应时间，故需要间隔时间，若60min后晶棒仍处于扭曲状态则进行二次干预，系统根据实际拉速与目标拉速差值判断炉内温度是否合适。
本实施例中，拉速总改变幅度＜0.1mm/min，若拉速总改变幅度大于0.1mm/min，就会干预过度、容易导致断线，若晶棒仍处于扭曲状态则需进行其他解决措施。
当目标拉速V目与实际拉速V实的差值小于V浮，则判定为实际拉速V实过大，为匹配目标拉速，系统会自动降温，当实际拉速匹配目标拉速时，炉内温度过低，导致结晶速率＞拉速，晶体横向生长扭曲变形，则执行S7。
S7：判断是否实际晶升＞设定晶升。
如果实际晶升＞设定晶升，则会导致瞬时拉速偏高，晶升即晶棒向上提拉的速度为瞬时拉速，长时间晶升异常将导致长时间拉速过快，最终导致晶棒扭曲变形，对此，则执行S8：降低实际晶升。如果执行S8能够使晶棒扭转改善到预期效果，则结束，否则执行S10。
在液口距超过合适范围的情况下，执行S9：间隙地降低目标液口距，不需要退出自动，每次降低目标液口距1mm-2mm，相邻两次降低间隔＞60min，目标液口距总补偿幅度＜4mm。如果执行S9能够使晶棒扭转改善到预期效果，则结束，否则执行S5。
具体的，修改目标液口距后，系统将自动调节实际液口距向目标液口距靠近，不需要退出自动，每次降低目标液口距1mm-2mm，间隔＞60min，液口距是导流筒下沿口到液面的距离，由于导流筒的位置保持不变，故通过调节坩埚的位置来调节液口距大小，坩埚位于导流筒下方，液口距偏大则需将坩埚往上升、靠近导流筒，通过逐次微调液口距，减小热屏到液面的距离，提高保温性能，避免炉内温度过度降低，减小水冷屏到液面的距离，提高水冷效果，降低结晶面温度，避免晶体结晶速度慢、导致的系统自动干预进行降温，炉内温度降低的情况下再进行降温，降温过度，导致炉内温度偏低，结晶速度与拉速不匹配，晶体横向生长，越长越粗，导致晶体扭曲变形。
如果每次降低目标液口距大于上述范围，水冷屏到液面的距离过度减小，温度过度变化，液面结晶温度降低过度，加剧了液面温度差导致的热对流，底部冷量过度上升，局部温度不均匀性提高，导致晶体扭曲变形加剧。
本实施例中，液口距总补偿幅度＜4mm，如果超过上述范围，水冷屏到液面的距离过小，液面结晶温度降低过度，加剧了液面温度差、导致的热对流，底部冷量过度上升，局部温度不均匀性提高，会导致晶体扭曲变形加剧。
S10：判断上轴与下轴的对中以及热场保温性是否异常。
若有异常，则执行S101：通知维修人员检修。
若无异常，则执行S102：目标液口距降低1mm-2mm。
若以上措施均无效，则证明修改液口距不适用于该炉台，需联系技术人员重新调试校准液口距。
本实施例提供的改善单晶硅棒扭曲变形的设备调试方法的有益效果包括：
依次进行检查晶埚转、检查液口距，根据不同异常情况，制定了晶棒扭曲变形的标准化操作方法，避免完全凭借人工经验操作，避免依据经验无法准确判断带来的晶体扭曲变形的原因，避免采取措施过度、与系统自动控制过程相冲突、加剧扭转变形等问题。
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，可轻易想到的变化或替换，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)
1.一种改善单晶硅棒扭曲变形的设备调试方法，其特征在于，所述方法应用于出现生产的单晶硅棒扭曲变形的拉晶设备，所述方法包括：
S1：检查和调整晶转和埚转；
S2：判断晶棒扭转是否改善到预期效果；
如果晶棒扭转改善不到预期效果，则继续执行S3；
S3：检查系统中的液口距；
S4：判断液口距是否合适；
在液口距合适的情况下，执行S5：判断是否V实≤V目-V浮，其中，V实为实际拉速，V目为目标拉速，V浮为浮动扩展值；在液口距超过合适范围的情况下，执行S9；
当V实≤V目-V浮时，则执行S6；
S6：间歇地降低目标拉速V目；
当V实＞V目-V浮时，则执行S7；
S7：判断是否实际晶升＞设定晶升；
如果实际晶升＞设定晶升，则执行S8：降低实际晶升；
S9：间隙地降低目标液口距。
2.根据权利要求1所述的改善单晶硅棒扭曲变形的设备调试方法，其特征在于，S1包括：
S11：检查晶转和埚转是否同向；
若是同向，则执行S12：调整晶转和埚转异向；
若不是同向，则执行S13：降低晶转的速度，观察晶棒扭转情况。
3.根据权利要求2所述的改善单晶硅棒扭曲变形的设备调试方法，其特征在于，S13包括：
降低晶转的速度0.5r/min-1r/min，保持8~12分钟，如晶棒扭转无好转，恢复晶转的速度。
4.根据权利要求3所述的改善单晶硅棒扭曲变形的设备调试方法，其特征在于，S13包括：
在第一次降低晶转的速度之后，如晶棒扭转好转，则再次降低晶转的速度0.5r/min-1r/min，保持8~12分钟，如晶棒扭转无好转，恢复晶转到第一次降低后的速度，如晶棒扭转好转，则继续降低晶转的速度，直到降低晶转的速度不会带来晶棒扭转好转。
5.根据权利要求1所述的改善单晶硅棒扭曲变形的设备调试方法，其特征在于，在S4中，引放液口距的合适范围为：30±2mm，等径液口距的合适范围为：20±2mm，V浮取值为V目的10%。
6.根据权利要求1所述的改善单晶硅棒扭曲变形的设备调试方法，其特征在于，S6包括：
目标拉速V目每次降低0.04mm/min-0.06mm/min，相邻两次降速间隔60min以上。
7.根据权利要求1所述的改善单晶硅棒扭曲变形的设备调试方法，其特征在于，S6还包括：
目标拉速V目总改变幅度＜0.1mm/min。
8.根据权利要求1所述的改善单晶硅棒扭曲变形的设备调试方法，其特征在于，S9包括：
修改目标液口距，不需要退出自动，每次降低目标液口距1mm-2mm，相邻两次降低间隔＞60min。
9.根据权利要求1所述的改善单晶硅棒扭曲变形的设备调试方法，其特征在于，S9还包括：
目标液口距总补偿幅度＜4mm。
10.根据权利要求1所述的改善单晶硅棒扭曲变形的设备调试方法，其特征在于，所述方法还包括：
S10：判断上轴与下轴的对中以及热场保温性是否异常；
若有异常，则执行S101：通知维修人员检修；
若无异常，则执行S102：目标液口距降低1mm-2mm。
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- 2023-05-18 CN CN202310559541.7A patent/CN116288663B/zh active Active
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