CN116732604A - 一种单晶拉晶方法以及单晶拉晶设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单晶拉晶方法以及单晶拉晶设备，方法包括以下步骤：在第一阶段，利用摄像装置获取籽晶轴以及热屏罩下沿的像素图像，利用图像处理装置根据热屏罩下沿的像素图像拟合一参考圆，参考圆具有一沿第二方向延伸的参考线，参考圆的圆心落于参考线上，当籽晶轴下降时，籽晶轴的像素图像逐步靠近参考线；当籽晶轴的像素图像的底边与参考线相交时，籽晶轴的底面与热屏罩下沿平齐。与现有技术相比，本发明以热屏罩下沿位置作为标定，利用摄像装置以及图像处理装置来对籽晶轴位置进行定位，使得籽晶轴的底端与热屏罩下沿平齐，接着下降籽晶轴一个固定高度，实现了籽晶轴准确下降熔接，避免了籽晶轴位置偏差大导致的熔接异常问题。
Description
技术领域
本发明涉及单晶硅制造技术领域，特别是一种单晶拉晶方法以及单晶拉晶设备。
背景技术
在现有技术的单晶拉晶工艺过程中，当单晶炉炉内加至石英坩埚内的硅料融化完毕，硅液面趋于平静，表明熔料完成，此时已将埚位及热屏罩位置放置完成。接着籽晶轴安装好以后，开始预热熔接工序，当石英坩埚内的液面温度达到熔接温度，采用人工手动下降籽晶轴进行熔接，此种手动控制籽晶轴下降的方法效率较低且精确度不高。
发明内容
本发明的目的是提供一种单晶拉晶方法以及单晶拉晶设备，以解决现有技术中的技术问题，它能够实现精准确定籽晶轴头部位置与液面的相对位置，实现拉晶工艺自动化打下基础。
本发明提供了一种单晶拉晶方法，包括以下步骤：
将硅料装入坩埚中进行熔化，硅料熔化形成熔硅液体；
将热屏罩降低至预设位置，此时热屏罩下沿与熔硅液体的液面之间形成第一预设距离；
在第一阶段，利用重锤悬挂着籽晶轴沿第一方向逐步下降，利用摄像装置获取籽晶轴以及热屏罩下沿的像素图像，利用图像处理装置根据热屏罩下沿的像素图像拟合一参考圆，参考圆具有一沿第二方向延伸的参考线，参考圆的圆心落于参考线上，当籽晶轴下降时，籽晶轴的像素图像逐步靠近参考线；
当籽晶轴的像素图像的底边与参考线相交时，籽晶轴的底面与热屏罩下沿平齐，此时进入第二阶段，图像处理装置记录此时的籽晶轴位置，然后继续将籽晶轴下降一个固定高度，籽晶轴的底端延伸入熔硅液体内，进行熔接；
进行引肩；
进行放肩；
进行等径；
进行收尾。
如上的一种单晶拉晶方法，其中，优选的是，在第一阶段，籽晶轴逐步下降至距离熔硅液体的液面第二预设距离处，当熔硅液体的液面温度被加热至逐步接近熔接温度，此时可以再次下降籽晶轴至与热屏罩的下沿平齐，此时进入第二阶段，当熔硅液体的液面温度达到熔接温度条件，再将籽晶轴下降一个固定高度，籽晶轴底部延伸入熔硅液体内，进行熔接。
如上的一种单晶拉晶方法，其中，优选的是，在第一阶段，籽晶轴自初始位置下降至距离熔硅液体的液面第三预设距离处，并保持第一时间间隔，然后籽晶轴下降至距离熔硅液体的液面第四预设距离处，并保持第二时间间隔，最后籽晶轴下降至距离熔硅液体的液面第二预设距离处，并保持第三时间间隔。
如上的一种单晶拉晶方法，其中，优选的是，固定高度等于第一预设距离与籽晶轴细径长度之和。
如上的一种单晶拉晶方法，其中，优选的是，第一方向与第二方向相垂直。
如上的一种单晶拉晶方法，其中，优选的是，籽晶轴的轴线方向与热屏罩的轴线方向相重合。
如上的一种单晶拉晶方法，其中，优选的是，第一预设距离为30mm-50mm。
如上的一种单晶拉晶方法，其中，优选的是，第二预设距离为350-450mm。
本申请还提供了一种单晶拉晶设备，采用前述的单晶拉晶方法进行拉晶，包括：
炉体，炉体内设坩埚以及加热部件，坩埚用于盛放熔硅液体，加热部件用于给坩埚加热；
热屏罩，热屏罩设于炉体内，热屏罩位于坩埚的上方；
重锤，重锤悬挂于热屏罩的内部，重锤下端连接有籽晶轴，籽晶轴可沿第一方向移动，以靠近或远离熔硅液体的液面；
摄像装置，摄像装置设于热屏罩的上方，摄像装置用于获取籽晶轴以及热屏罩下沿的像素图像；
图像处理装置，与摄像装置信号连接，图像处理装置可根据热屏罩下沿的像素图像拟合一参考圆，参考圆具有一沿第二方向延伸的参考线，参考圆的圆心落于参考线上，当籽晶轴的像素图像的底边与参考线相交时，籽晶轴的底面与热屏罩下沿平齐。
如上的一种单晶拉晶设备，其中，优选的是，摄像装置为CCD相机。
与现有技术相比，本发明以热屏罩下沿位置作为标定，利用摄像装置以及图像处理装置来对籽晶轴位置进行定位，使得籽晶轴的底端与热屏罩下沿平齐，接着下降籽晶轴一个固定高度，实现了籽晶轴准确下降熔接，避免了籽晶轴位置偏差大导致的熔接异常问题。
附图说明
图1为本申请所提供的拉晶方法的流程框图；
图2为本申请所提供的实施例一的籽晶轴熔接方法的流程框图；
图3为本申请所提供的实施例一的籽晶轴以及热屏罩下沿的像素图像示意图一；
图4为本申请所提供的实施例一的籽晶轴以及热屏罩下沿的像素图像示意图二；
图5为本申请所提供的实施例二的摄像装置所摄画面的示意图；
图6为本申请所提供的实施例三的摄像装置所摄画面的示意图；
图7为本申请所提供的实施例三的放肩控制方案的流程框图；
图8为本申请所提供单晶拉晶设备的结构示意图；
附图标记说明：1-炉体，2-坩埚，3-加热部件，4-熔硅液体，5-热屏罩，6-重锤，7-籽晶轴，8-摄像装置，9-参考圆，10-参考线，11-第一测量框，12-第二测量框。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
随着半导体行业和光伏行业的发展，对单晶硅提出了更大的市场需求，目前直拉法生长单晶硅是目前生产单晶硅最广泛的应用技术，在该方法中，固体硅料块被装进坩埚2内，通过外围的加热器给定一定的功率，将其加热熔化，之后降低加热器功率，控制一定的过冷度之后，采用定向的籽晶轴7与已经熔化的熔硅液体4接触，进行熔接，通过调整溶液的温度和籽晶轴7的提速，使得籽晶轴7长大，达到规定的长度，之后进行引肩、放肩、等径等操作，达到等直径生长单晶，在坩埚2内熔硅液体4较少的时候，为提升成品率，等径结束之后，进行收尾操作。
在熔接工序，现有的熔接技术通过手动控制进行熔接，未能实现自动化，也有技术方案通过确定籽晶轴的位置进行降籽晶轴进行熔接，此方案需要不断调试工艺参数并且误差较大，对生产管理提出更高要求，且容易因参数设定误差导致熔接的事故发生。
为解决熔接工序中出现的上述技术问题，参照图1至图4以及图8所示，本申请提供了一种单晶拉晶方法，包括以下步骤：
将硅料装入坩埚2中进行熔化，直至熔硅液体4的液面趋于平静，完成熔料。
熔硅液体4的沿重力方向的上方设有热屏罩5，热屏罩5可沿重力方向往复移动，当熔料完成以后，将热屏罩5降低至预设位置，此时热屏罩5下沿与熔硅液体4的液面之间形成第一预设距离。
上述预设位置是标定的一个位置，在此预设位置处，热屏罩5的下沿与熔硅液体4的液面之间保持在一个标定的第一预设距离，此第一预设距离作为一个参考值，在籽晶轴7到达与热屏罩5的下沿同一水平面上时候，也就代表籽晶轴7的底端与熔硅液体4的液面之间的间距为第一预设距离，籽晶轴7的初始位置也就得到了精准定位，为后续的籽晶轴7的自动下降进行熔接，提供了一个定位基础，可以避免籽晶轴7下降过多或过少导致的熔接异常问题。
在第一阶段，利用重锤6悬挂着籽晶轴7沿第一方向逐步下降，本申请的实施例中，第一方向设定为重力方向，重锤6的另一端连接有自动升降装置，自动升降装置用于驱动对籽晶轴7的升降动作。
在热屏罩5的重力方向的上方设有摄像装置8，摄像装置8通信连接有图像处理装置，利用摄像装置8获取籽晶轴7以及热屏罩5下沿的像素图像，摄像装置8的摄像方向与第一方向之间形成预设角度，这样使得热屏罩5下沿的像素图像并不是一个标准圆，而是一个类椭圆，且由于摄像装置8的固定点不同，其摄像方向存在差异，导致采集到的像素图像形成的类椭圆结构也会不同。为消除这种由于摄像装置8的固定点不同导致的像素图像的差异，利用图像处理装置根据热屏罩5下沿的像素图像拟合一参考圆9，此参考圆9为标准圆，参考圆9具有一沿第二方向延伸的参考线10，本申请实施例中，第一方向与第二方向相垂直，第二方向设定为和籽晶轴7垂直的方向，参考圆9的圆心落于参考线10上，当籽晶轴7下降时，籽晶轴7的像素图像逐步靠近参考线10。
当籽晶轴7的像素图像的底边与参考线10相交时，表明籽晶轴7的底面与热屏罩5下沿平齐，此时进入第二阶段，图像处理装置记录此时的籽晶轴7位置，然后发生指令信号给自动升降装置，利用自动升降装置继续将籽晶轴7下降一个固定高度，此固定高度为自定义的一个高度，由于籽晶轴7的初始位置已经确定好，从而只需提前确定固定高度的参数即可，无需不断调试工艺参数，籽晶轴7的底端下降固定高度后延伸入熔硅液体4内，进行熔接，再依序进行引肩、放肩、等径以及收尾作业。
上述实施例以热屏罩5下沿位置作为标定，利用摄像装置8以及图像处理装置来对籽晶轴7位置进行定位，使得籽晶轴7的底端与热屏罩5下沿平齐，接着下降籽晶轴7一个固定高度，实现了籽晶轴7准确下降熔接，避免了籽晶轴7位置偏差大导致的熔接异常问题。
本申请所提供的实施例中，在第一阶段，籽晶轴7逐步下降至距离熔硅液体4的液面第二预设距离处，籽晶轴7的逐步下降过程是为了让籽晶轴7逐步并充分预热，防止籽晶轴7过快达到高温，而引发晶体缺陷的生成，当熔硅液体4的液面温度被加热至逐步接近熔接温度，此时热屏罩5位于预设位置处，再次下降籽晶轴7至与热屏罩5的下沿平齐，此时籽晶轴7的底部距离熔硅液体4的液面表面为第一预设距离，从而可以定义给籽晶轴7一个确定的初始位置，以利于后续的籽晶轴7的下降作业，避免籽晶轴7下降的过多或过少，造成熔接工序的不稳定。此时进入第二阶段，当熔硅液体4的液面温度达到熔接温度条件，再将籽晶轴7下降一个固定高度，籽晶轴7底部的延伸入熔硅液体4内，进行熔接。
本申请所提供的实施例中，在第一阶段，籽晶轴7自初始位置下降至距离熔硅液体4的液面第三预设距离处，并保持第一时间间隔，然后籽晶轴7下降至距离第四预设距离处，并保持第二时间间隔，最后籽晶轴7下降至距离熔硅液体4的液面第二预设距离处，并保持第三时间间隔。籽晶轴7分三步下降至距离液面上方第二预设距离处,从而防止籽晶轴7升温过快，导致晶体缺陷，在一种可行的实施方式中，在此过程中，籽晶轴7首先从初始位置下降至距离熔硅液体4的液面1300mm-1700mm维持5min-10min,再次下降至500mm-900mm维持5min-10min,再次下降至350mm-450mm维持10min-15min,本领域的技术人员可以知晓，此工艺位置及时间可以在控制系统中进行调整。以达到籽晶轴7逐步预热并满足调温前准备工作的时间要求,优选地，籽晶轴7首先从初始位置下降至距离熔硅液体4的液面1500mm维持10min,再次下降至700mm维持5min,再次下降至400mm维持10min，从而让籽晶轴7逐步并充分预热，防止籽晶轴7过快达到高温，而引发晶体缺陷的生成。
本申请所提供的实施例中，固定高度等于第一预设距离与籽晶轴7细径长度之和，此细径长度也就是籽晶轴7延伸入熔硅液体4的长度，此细径长度优选为130-140mm，具体地，细径长度可以为130mm、132mm、134mm、136mm、138mm、140mm等。籽晶轴7的细径长度可以在生产管理中统一要求，并在参数中进行设定，由于热屏罩5的位置已经确定，所以第一预设距离值是一个定值，籽晶轴7的细径长度也是一个定值，从而固定长度也是一个固定的参数，避免了需要在控制系统中频繁调试工艺参数，同时减少因参数设定误差导致熔接的事故发生。
本申请所提供的实施例中，籽晶轴7的轴线方向与热屏罩5的轴线方向相重合，将籽晶轴7与热屏罩5进行对中设置，在籽晶轴7以及热屏罩5下沿的像素图像中，籽晶轴7的像素图像为一沿重力方向延伸的条形结构，籽晶轴7的延伸方向经过参考圆9的圆心，从而可以定义参考线10所处的圆心区域为测试区域，当测试区域内，参考线10的灰度值发生变化，也就代表籽晶轴7已经下降到与参考线10接触，故可以判定籽晶轴7已下降至与热屏罩5水平的位置。
本申请所提供的实施例中，第一预设距离为30mm-50mm，包括端点值,具体地，第一预设距离可以为30mm、35mm、40mm、45mm、50mm等。作为一种可行的实施方式，当热屏罩5到达最低点时候，也就到达了预设位置，这样无需对热屏罩5进行定位，避免了热屏罩5的参数设置导致的熔接缺陷的技术问题，优选第一预设距离为30mm，本领域的技术人员可以知晓，此第一预设距离的选值可以在控制系统中进行调整，并在参数中进行设定。
本申请所提供的实施例中，第二预设距离为350-450mm，包括端点值，具体地，第二预设距离可以为350mm、375mm、400mm、425mm、450mm等。第二预设距离不宜过大，过大则预热不充分，也不宜过小，过小则预热过度，均会导致晶体缺陷的生成，优选第二预设距离为400mm，本领域的技术人员可以知晓，此第二预设距离的选值可以在控制系统中进行调整，并在参数中进行设定。
以下通过一具体实施例介绍本方案：
S10步骤：将固态多晶硅料装入坩埚2中,固态多晶硅料在坩埚2内经过高温加热，固态多晶硅料逐步融化，当固态多晶硅料全部融化为液态的熔硅液体4，熔硅液体4的液面趋于平静，视为熔化完成。
S20步骤：熔料完成后，将籽晶轴7安装至籽晶夹头上，通过籽晶旋回/副室净化工序，籽晶轴7在单晶炉副室经过旋回与单晶路主室连接，并经过副室抽空通氩气净化，当副室气压压力与主室一致后，主副室隔离阀门打开。
S30步骤：放置埚位，将坩埚2放置在工艺要求的位置，完成后开始进行预热熔接工序，籽晶轴7下降至距离液面1500mm维持5min,再次下降至700mm维持5min,再次下降至400mm维持10min。
S40步骤：当熔硅液体4的液面温度在预热熔接工序的功率调整下，逐步接近熔接温度，再次下降籽晶轴7，此时利用摄像装置8获取籽晶轴7以及热屏罩5下沿的像素图像，利用图像处理装置根据热屏罩5下沿的像素图像拟合一参考圆9，参考圆9具有一沿第二方向延伸的参考线10，当籽晶轴7下降至籽晶轴7的像素图像的底边与参考线10相交，也就是籽晶轴7的底面与热屏罩5下沿平齐时，籽晶轴7停止下降，此时籽晶轴7距离熔硅液体4的液面上方的相隔为30mm。
S50步骤：控制系统自动调整加热功率，对熔硅液体4的液面温度进行调节，当熔硅液体4的液面温度达到熔接温度后，控制系统触发籽晶轴7位置的下降动作，进行熔接，熔接完成后进入调温工序。
S60步骤：当熔硅液体4的液面温度达到工艺要求的目标温度，并且持续维持15min,判定可以进入引晶工序，引晶开始后，硅单晶开始由液态至固态沿着籽晶轴7的晶体原子序列进行生长，引晶需要要求晶体直径达到6mm，并达到工艺要求的长度，以便排除晶体内部的位错。
S70步骤：当引晶的晶体长度达到要求时，系统进入放肩工序，放肩过程中晶体直径逐步增大，直至达到工艺要求直径。
S80步骤，收尾。
本申请的一些实施例中，在熔料工序，针对硅料是否完全熔化为液态的熔硅液体4，需要进行全熔检测来判断，参照图5以及图8所示，利用摄像装置8以及图像处理装置来对坩埚2内的硅料进行全熔检测。
单晶拉晶工艺过程中，在单晶炉内加入多晶硅料，合炉后，开启加热器产生高温，同时炉体1内通入Ar气做为保护气体隔绝氧气，整个炉体1采用干泵抽到一定的真空度，保证因高温产生的挥发物持续排除炉体1外。此时固定多晶硅料因炉体1内高温开始融化，当硅料融化到一定程度可以再次用加料筒加料，直到坩埚2内加入生产要求的硅料，投料停止，此时持续给定加热器功率，直到硅料融化完成，固态多晶硅料全部融化为液态的熔硅液体4。
在此过程中，利用摄像装置8以及图像处理装置观察热场内硅液面的变化以及控制系统参数设定来判定熔料是否完成，通过摄像装置8获取热屏罩5下沿的像素图像，在热屏罩5下沿形成的类椭圆形像素图像中，存在几个不同的区域，第一区域为已经熔化成熔硅液体4的部分，第二区域为还未熔化的多晶硅料块部分，第一区域和第二区域的灰度值存在明显差异，图像处理装置在像素图像中定义一个位置固定的第一测量框11，第一测量框11用来确定数据采样的范围，一般高*宽定义范围为900±100mm*250±50mm(此值设定根据CCD分辨率的像素坐标决定，分辨率越高的CCD，因像素点增加，测量范围不变的情况下，测量坐标点需要根据实际调整)，具体地，范围值可以为800mm*200mm、820mm*210mm、840mm*220mm、860mm*230mm、880mm*240mm、900mm*250mm、920mm*260mm、940mm*270mm、960mm*280mm、980mm*290mm、1000mm*300mm等。中心坐标设置在熔硅液体4未有热屏罩5倒影影响的位置，用来确定数据采用的范围，当固体硅料块接近融化完成时，硅液面表面漂浮着最后的硅料块，因此时坩埚2采用低转速，且保护气体Ar由炉体1上部向下流进炉体1下部，故固体硅料块在熔硅液体4表面漂浮来回移动，会在第一测量框11内造成灰度值的持续且无序的变化，当硅液面趋于平静时，第一测量框11内影像的平均灰度在一定时间内不再发生变化，此时平均灰度值一般为50±5像素以内，可以设定的时间参数为15分钟，也可以是10分钟、12分钟、17分钟或20分钟，当在此时间范围内灰度值在50±5像素范围，故可以认为熔料完成，此判定可以根据图像处理装置内的视觉软件计算第一测量框11内灰度值的变化结合控制系统中设定的边界条件参数，如灰度值变化差值最小值，判定时间，判定条件达成后转入预热熔接工序时间。
本申请的一些实施例中，在预热熔接工序，参照图6以及图8所示，利用摄像装置8以及图像处理装置来完成对热屏罩5的液口距的测量方案。
当硅料熔料完成，熔硅液体4的液面趋于稳定，此时下降热屏罩5至最低点也就是预设位置处，同时上升埚位，使热屏罩5下沿距离硅液面距离为一定距离，此距离称为液口距。
通过摄像装置8获取热屏罩5下沿的像素图像，在热屏罩5下沿形成的类椭圆形像素图像中，热屏罩5下沿边界在硅液面上存在倒影，此倒影与类椭圆形的边界之间形成有月牙形影像，图像处理装置在像素图像中定义一个第二测量框12，用来确定数据采用的范围，此项范围可以在软件上进行设定，一般设定此第二测量框12高*宽范围为140±10mm*90±10mm(此值设定根据CCD分辨率的像素坐标决定)，捕捉灰度差阈值设定在5-25像素范围，具体可以是10像素、15像素或20像素，根据设定范围及边界条件，视觉软件可以抓取月牙边界的相邻的两个弧线，通过弧线可以计算出弧线的拟合圆的切线，这两条切线的垂直间距就是液口距测量值。
在实际操作中，此测量值可以根据人工或自动校准方法进行校准，在校准过程系统会根据埚升电机的升降距离来确定实际距离与测量距离的线性关系，从而得到液口距的测量值来标定液口距的实际值。
自动校准方法为下降再升高一定值埚位，一般为8-15mm(下降距离为埚位机械距离可以由电机转速转换而来)判定此间距的变化，具体可以是10mm、12mm、14mm，从而得出拟合公式，完成校准后液口距的距离从而确定。
本申请的一些实施例中，在放肩工序，需要对放肩的肩形进行自动控制，参照图7以及图8所示，本实施例主要是关于放肩过程的工艺流程算法逻辑。拉晶过程中晶体由引晶到放肩再到等径，放肩过程是拉制单晶过程中晶体直径由小逐渐放大的过程，本申请所提供的实施例中，此过程在由单晶炉设备通过控制系统控制放肩拉速与放肩功率量从而控制肩体的形状实现放肩的过程，控制系统中会设定一套基础的参数，并且给出PID算法的控制参数。
具体地，放肩自动控制的步骤包括：
步骤一：放肩开始；
步骤二：按照参数表给定初始拉速及降功率值；
步骤三：控制系统测量放肩直径并计算放肩长度；
步骤四：控制系统根据单位时间放肩长度差值及放肩直径差值计算角度正切值；
步骤五：参数表根据放肩长度设定角度正切值，采用PID算法及放肩平均拉速控制实际拉速。
例如，在引晶阶段单晶平均拉速为300mm/h,当引晶长度达到一定长度，晶体跳转至放肩阶段，此阶段首先给定一个初始拉速此拉速设定为60mm/h,在此拉速下晶体在放肩长度逐渐增加，在控制系统的参数表中同时给定功率逐步降低。此时随着晶体长度增加(可以定义为Y方向)，同时晶体直径开始增长(可定义为X方向)，在直径增长的X方向，拉晶系统可以计算直径的变化速率并且可以计算出一定时间的平均生长速率(X方向)，此时晶体Y向的上升速度就是晶体拉速，此参数系统可以计算一定时间内的平均拉速。
为了便于稳定控制，本申请实施例以10分钟的平均直径生长速率以及10分钟的平均拉速来做运算及控制，放肩角度的正切函数可表示为TanA＝V平均直径速率(mm/min)/V平均拉速(mm/min)，放肩过程中在不同放肩长度设定一定角度值，此角度的对应值可以以正切函数进行表示即是TanA,为控制放肩的肩形，理论上最优的肩型可以根据放肩高度将放肩分为初期，中期，及后期三个阶段，放肩初期可以设定TanA＝0.48-0.1范围，放肩中期TanA＝0.9-1.9,放肩后期TanA＝1.8-2.3，以放肩长度可以给出TanA的参数表，为了控制稳定以及PLC系统易于控制将实际控制的此参数TanA’值设定为V10分钟平均直径速率/V10分钟平均拉速的值。在放肩启动后此值即可计算出来，系统可以设定1分钟-5分钟后启动控制。故而TanA’-TanA表得到一个差值，PLC控制可以根据此差值，以PID控制模型进行控制(如公式1为PID计算公式)，其中At即是设定拉速，A0为实际平均拉速。P,I,D可以根据放肩长度给定值进行控制。
另外由于晶体生长时，单位时间所拉出单晶的体积正比于降低功率的值，系统参数设定时可以设定一定的功率降幅，来满足放肩工艺的需求。
放肩过程是设定拉速对放肩过程的晶体生长进行控制，公式中δB＝TanA’-TanA,如表1，标准放肩参数放20min时设定TanA＝0.6704,而此时实际计算TanA’＝0.7(假定)，则δB＝0.0296,当此时同时采集δB/δt的值，可以设定为10s实际δB的值，假设此值为0.01，并设置程序计算∫0 tδB,此值可设定T＝30min,并每隔10s取一个值并累加,假设此计算值为0.05。因实际控制测试中放肩过程中可以减小积分的作用，可以减小此积分部分对拉速控制的影响故可以根据计算结果减小I的设定值。
假设A0＝90mm/h,则此时设定拉速At＝90+0.0296*P+0.05*I+0.01*D，在实际测试中根据放肩实际的控制情况，设定P，I,D值从而实现放肩过程的控制。
表1
基于以上实施例，本申请还提供了一种单晶拉晶设备，采用前述的单晶拉晶方法进行拉晶，参照图3、图4以及图8所示，包括：
炉体1，炉体1内设坩埚2以及加热部件3，坩埚2用于盛放熔硅液体4，加热部件3用于给坩埚2加热，在一种可行的实施方式中，坩埚2包括石英坩埚以及CC坩埚，石英坩埚用于盛放硅料，例如多晶硅。硅料在其中被加热为硅熔体，CC坩埚包裹在石英坩埚的外侧，用于在加热过程中对石英坩埚提供支撑，加热器设置在石墨坩埚的外侧，坩埚2的底部设有托杆，托杆用来支撑坩埚2及硅料，并可以给以坩埚2旋转或升降的动力。
热屏罩5，热屏罩5设于炉体1内，热屏罩5位于坩埚2的上方，热屏罩5具有下伸的环绕硅单晶生长区域的倒锥形屏状物，可阻断加热器和高温熔硅液体4对生长的单晶硅晶棒的直接热辐射，降低单晶硅晶棒的温度，此外热屏还能够使下吹的保护气集中直接喷到生长界面附近，进一步增强单晶硅晶棒的散热。
重锤6，重锤6经由拉绳悬挂于热屏罩5的内部，重锤6下端连接有籽晶轴7，籽晶轴7可沿第一方向移动，以靠近或远离熔硅液体4的液面，单晶生长工艺中，籽晶轴7经过熔接引晶放肩转肩等径等过程生长为单晶硅晶棒。
摄像装置8，摄像装置8设于热屏罩5的上方，摄像装置8用于获取籽晶轴7以及热屏罩5下沿的像素图像，在一种可行的实施方式中，摄像装置8为CCD相机。
图像处理装置，与摄像装置8信号连接，图像处理装置可根据热屏罩5下沿的像素图像拟合一参考圆9，参考圆9具有一沿第二方向延伸的参考线10，参考圆9的圆心落于参考线10上，当籽晶轴7的像素图像的底边与参考线10相交时，籽晶轴7的底面与热屏罩5下沿平齐。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种单晶拉晶方法，其特征在于：包括以下步骤：
将硅料装入坩埚中进行熔化，硅料熔化形成熔硅液体；
将热屏罩降低至预设位置，此时所述热屏罩下沿与所述熔硅液体的液面之间形成第一预设距离；
在第一阶段，利用重锤悬挂着籽晶轴沿第一方向逐步下降，利用摄像装置获取所述籽晶轴以及所述热屏罩下沿的像素图像，利用图像处理装置根据所述热屏罩下沿的像素图像拟合一参考圆，所述参考圆具有一沿第二方向延伸的参考线，所述参考圆的圆心落于所述所述参考线上，当所述籽晶轴下降时，所述籽晶轴的像素图像逐步靠近所述参考线；
当所述籽晶轴的像素图像的底边与所述参考线相交时，所述籽晶轴的底面与所述热屏罩下沿平齐，此时进入第二阶段，图像处理装置记录此时的所述籽晶轴位置，然后继续将所述籽晶轴下降一个固定高度，所述籽晶轴的底端延伸入所述熔硅液体内，进行熔接；
进行引肩；
进行放肩；
进行等径；
进行收尾。
2.根据权利要求1所述的单晶拉晶方法，其特征在于：在所述第一阶段，所述籽晶轴逐步下降至距离所述熔硅液体的液面第二预设距离处，当所述熔硅液体的液面温度被加热至逐步接近熔接温度，此时可以再次下降所述籽晶轴至与所述热屏罩的下沿平齐，此时进入所述第二阶段，当所述熔硅液体的液面温度达到熔接温度条件，再将所述籽晶轴下降一个固定高度，所述籽晶轴底部延伸入所述熔硅液体内，进行熔接。
3.根据权利要求1所述的单晶拉晶方法，其特征在于：在所述第一阶段，所述籽晶轴自初始位置下降至距离所述熔硅液体的液面第三预设距离处，并保持第一时间间隔，然后所述籽晶轴下降至距离所述熔硅液体的液面第四预设距离处，并保持第二时间间隔，最后所述籽晶轴下降至距离所述熔硅液体的液面第二预设距离处，并保持第三时间间隔。
4.根据权利要求1所述的单晶拉晶方法，其特征在于：所述固定高度等于所述第一预设距离与所述籽晶轴细径长度之和。
5.根据权利要求1所述的单晶拉晶方法，其特征在于：所述第一方向与所述第二方向相垂直。
6.根据权利要求1所述的单晶拉晶方法，其特征在于：所述籽晶轴的轴线方向与所述热屏罩的轴线方向相重合。
7.根据权利要求1所述的单晶拉晶方法，其特征在于：所述第一预设距离为30mm-50mm。
8.根据权利要求1所述的单晶拉晶方法，其特征在于：所述第二预设距离为350-450mm。
9.一种单晶拉晶设备，采用权利要求1-8任一项所述的单晶拉晶方法进行拉晶，其特征在于，包括：
炉体，所述炉体内设坩埚以及加热部件，所述坩埚用于盛放熔硅液体，所述加热部件用于给所述坩埚加热；
热屏罩，所述热屏罩设于所述炉体内，所述热屏罩位于所述坩埚的上方；
重锤，所述重锤悬挂于所述热屏罩的内部，所述重锤下端连接有籽晶轴，所述籽晶轴可沿第一方向移动，以靠近或远离所述熔硅液体的液面；
摄像装置，所述摄像装置设于所述热屏罩的上方，所述摄像装置用于获取籽晶轴以及所述热屏罩下沿的像素图像；
图像处理装置，与所述摄像装置信号连接，所述图像处理装置可根据所述热屏罩下沿的像素图像拟合一参考圆，所述参考圆具有一沿第二方向延伸的参考线，所述参考圆的圆心落于所述参考线上，当所述籽晶轴的像素图像的底边与所述参考线相交时，所述籽晶轴的底面与所述热屏罩下沿平齐。
10.根据权利要求9所述的单晶拉晶设备，其特征在于：所述摄像装置为CCD相机。
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