CN117888182A - 一种用于cz单晶炉10吋单晶等径自动校准直径的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于CZ单晶炉10吋单晶等径自动校准直径的方法，包括：获得晶棒重量；通过晶棒重量直径计算公式获得晶棒的重量直径；判断所述重量直径是否小于250mm或大于254mm；如判断结果为是，则继续判断所述重量直径和显示直径的偏差是否大于临界值，如判断结果为是，将显示直径修正为与所述重量直径相同，然后采用炉台自带的直径控制系统进行直径校准，所述显示直径为基于相机反馈的实时直径而显示出来的名义直径。本发明在拉晶工艺流程中的等径过程中，利用晶棒重量直径计算公式计算重量直径，提高了晶棒实时直径数值的精确度，使晶棒直径校准更加准确、有效，从而提高了晶棒产出良率。
Description
技术领域
本发明涉及光伏材料生产技术领域，具体涉及一种用于CZ单晶炉10吋单晶等径自动校准直径的方法。
背景技术
单晶硅作为一种半导体材料，一般用于制造集成电路和其他电子元件。目前单晶硅的生长技术主要有两种：区熔法和直拉法，其中直拉法(简称CZ法)是目前更为普遍采用的方法。在直拉法制造单晶硅时，要将多晶硅置于石英坩埚中，经过高温使其熔化，然后籽晶由坩埚顶部降至熔化的多晶硅中，通过控制液面的温度，使熔化的籽晶在自身周围重新结晶，通过将籽晶快速向上提升，生成排列整齐的单晶硅棒。其中，10吋单晶采用36吋热场拉制，由于晶棒直径低于249mm则无法加工10吋方棒，因此晶棒的直径要求是下限不得低于249mm。生产中，判断晶棒直径不良的一个重要依据为：晶棒直径是否在250mm-254mm之间，如果不在，在判断为不良。因此，晶棒直径修正的基本目标是：250mm-254mm。而为了对产能的贡献实现最大化，则期望将晶棒直径修正至252±0.5mm这一理想范围，也称晶棒直径修正的最终目标。
现有的晶棒校准方法为：单晶炉通过等径开启直径闭环控制，通过安装于单晶炉上的相机的实时图像反馈获得晶棒的实际直径，当出现晶棒直径不合格的情况时，根据晶棒的实际直径与目标直径的差异确定需要修正的晶棒直径的尺寸，通过炉台自带的直径控制系统对晶棒直径进行修正。修正过程中，也是根据安装于单晶炉上的相机的实时图像反馈，来监控对晶棒直径进行的实时修正。
上述方法存在以下弊端：相机安装在单晶炉上，存在固定不紧的情况，当相机的位置和角度发生偏移后，X、Y的坐标位置就会发生变化，导致相机反馈直径即原始直径发生变化，进而导致获得的晶棒的实际直径不准确，最终导致直径修正出现误差，校准结果差，达不到预期效果。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于CZ单晶炉10吋单晶等径自动校准直径的方法，可以克服相机导致的误差，使校准结果更加精准，可提高单晶晶棒产出良率。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种用于CZ单晶炉10吋单晶等径自动校准直径的方法，包括：
获得晶棒重量；
通过晶棒重量直径计算公式获得晶棒的重量直径；
判断所述重量直径是否小于250mm或大于254mm；
如判断结果为是，则继续判断所述重量直径和显示直径的偏差是否大于临界值，如判断结果为是，将显示直径修正为与所述重量直径相同，然后采用炉台自带的直径控制系统进行直径校准，
所述显示直径为基于相机反馈的实时直径而显示出来的名义直径。
进一步的，所述显示直径＝原始直径×等径增益值+等径修正值，所述等径增益值和等径修正值为预先设定的参数，所述原始直径为所述相机实时反馈的直径。
所述炉台自带的直径控制系统进行直径校准，属于本领域常规手段，是通过在炉台自带的直径控制系统上预先设定等径增益值和/或等径修正值，由系统自动对相机反馈的原始直径进行校准。但是当相机发生偏移时，预先设定的等径增益值和/或等径修正值就不再适用于新的相机误差，因此，需要进行修正。
进一步的，所述晶棒重量直径计算公式为：m＝ρv＝ρπR2l，其中，m为晶棒重量；ρ为固体硅密度2.33g/cm3；l为晶棒长度；R为所述重量直径。
进一步的，所述将显示直径修正为与所述重量直径相同，包括：通过修改等径增益值和/或等径修正值进行自动修正。也就是包含三种方式：只修改等径增益值、只修改等径修正值，或同时修改等径增益值和/或等径修正值。
进一步的，所述临界值是0.3mm-0.6mm，优选0.5mm。
进一步的优选方案是：每间隔一个时间周期循环运行一次所述的自动校准直径的方法，优选的，所述计算周期为200min。
进一步的，在采用炉台自带的直径控制系统进行直径校准之后，还包括精校步骤：获得晶棒重量；通过晶棒重量直径计算公式获得晶棒的重量直径；判断所述重量直径是否在252±0.5mm范围内；如判断结果为是，则将显示直径修正为与所述重量直径相同，然后采用炉台自带的直径控制系统进行直径精校。
进一步的，在采用炉台自带的直径控制系统进行直径校准或精校之后，还包括：产出晶棒后，测量晶棒直径，评估校准是否有效，如判断结果为否，则排查原因，判断是重量直径计算有误还是测量晶棒直径时不够精确产生误差，必要时根据排查结果进行二次校准。
具体的，所述晶棒重量是通过称重器获得。本发明所述称重器的刻度精确到小数点后2位。
称重器用于复投加料时计算加料重量，以及埚内剩料重量，还用于整个单晶生长过程中的重量计算。单晶炉内的称重器是由称重传感器与单晶炉提拉装置连接，称重传感器将测量到的重量数据通过数据传输装置传输给控制系统，控制系统计算出晶棒重量以及剩料重量。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
1、首先，本申请发现了显示直径偏差的技术问题，并创造性地提出了采用重量直径作为显示直径的修正目标，在本领域具有开创性的意义；
2、本发明在拉晶工艺流程中的等径过程中，利用晶棒重量直径计算公式计算重量直径，而不仅仅依赖相机的显示直径，提高了晶棒实时直径数值的精确度，从而为直径校准更加准确、有效，从而提高了晶棒产出良率；
3、本发明通过优化改进称重器，提高晶棒重量的精确度，从根本上提高了重量直径的准确度，进一步提高了10吋单晶硅棒显示直径偏差时的修正准确率，进而改善了校准效果。
具体实施方式
实施例一：
本实施例提供一种10吋单晶硅棒的等径自动校准直径的工艺方法，在拉晶工艺流程的等径过程中，一方面通过优化改进称重器，提高晶棒重量的精确度，另一方面，通过计算晶棒的重量直径，校准晶棒的直径来保证晶棒直径控制在250mm-254mm之间，以此提高单晶晶棒产出良率。具体如下所述：
一种用于CZ单晶炉10吋单晶等径自动校准直径的方法，包括：
获得晶棒重量：通过称重器获得，且称重器的刻度精确到小数点后2位。
通过晶棒重量直径计算公式获得晶棒的重量直径：晶棒重量直径计算公式为：m＝ρv＝ρπR2l，其中，m为晶棒重量；ρ为固体硅密度2.33g/cm3；l为晶棒长度；R为所要求的重量直径。
判断所述重量直径是否小于250mm或大于254mm：250-254mm是计算晶棒良率时所用的标准范围。
如判断结果为是，则继续判断所述重量直径和显示直径的偏差是否大于临界值，如判断结果为是，将显示直径修正为与所述重量直径相同，然后采用炉台自带的直径控制系统进行直径校准，其中，显示直径＝原始直径×等径增益值+等径修正值(式1)，原始直径即为相机实时反馈的直径，即相机拍摄图像呈现的直径，等径增益值和等径修正值为操作者在炉台自带的直径控制系统中预先设定的参数，该参数适用于相机位置或姿势发生新的偏差之前设定。
其中，将显示直径修正为与所述重量直径相同，具体包括：通过修改等径增益值和/或等径修正值进行自动修正。也就是包含三种方式：只修改等径增益值，不修改等径修正值；只修改等径修正值，不修改等径增益值；或同时修改等径增益值和/或等径修正值。该过程同样适用上述的式1。其逻辑为：当相机的位置或姿态或其他参数发生了新的偏差，导致原始直径的误差范围和方向与预设不同，从而导致预先设定的等径增益值和等径修正值不再适用于实时情况，则通过修改等径增益值和/或等径修正值对原始直径进行新的修正，使得显示直径趋近于重量直径。
上述方法中，考虑对产品良率的影响，所述临界值可以设定为0.5mm。即：当显示直径和重量直径之间的偏差大于0.5mm时，需要对显示直径进行修正，如果显示直径和重量直径之间的偏差小于或等于0.5mm，则直接按照常规方法校准即可。每次对显示直径的修正，使得显示直径变更0.5mm-1mm，即向着重量直径靠近0.5mm-1mm。如显示直径和重量直径偏差较大，可以选择每次变更显示直径1mm。
在实际操作中，每间隔一个时间周期执行一次上述的校准方法。这样设计的原因是：由于等径过程不是一个恒定的过程，变化比较大，每隔一个相对长的时间内去计算重量直径，此时的重量直径会更精确，时间太短可能会导致重量直径的计算不准确，所以200分钟是在实践过程中得出的比较有效、合理的时间。
在采用炉台自带的直径控制系统进行直径校准或精校之后，还包括：产出晶棒后，测量晶棒直径，评估校准是否有效，如判断结果为否，则排查原因，判断是重量直径计算有误还是测量晶棒直径时不够精确产生误差，必要时根据排查结果进行二次校准。
如：某炉台等径500mm时，计算出的重量直径为255mm，超过250mm-254mm的范围，同时，显示直径为253mm。说明显示直径偏差较大，同时说明晶棒直径需要校准到250mm-254mm的范围。首先，修正显示直径：修改等径增益值和/或等径修正值，使显示直径向重量直径靠近，使二者的偏差小于0.5mm，然后再进行常规校准，使得重量直径落入250mm-254mm的范围。当晶棒产出后对实际直径进行测量，若直径符合标准，之后可以一直采用此修正值(即修正显示直径时采用的等径增益值和等径修正值)进行拉制，若直径有偏差，则还需要进行二次校准。
实施例二：
为了使校准直径更加接近最终目标：252±0.5mm，则在实施例一的校准基础上，在采用炉台自带的直径控制系统进行直径校准之后，或者，如判断所述重量直径在250mm-254mm范围内，还包括精校步骤：获得晶棒重量；通过晶棒重量直径计算公式获得晶棒的重量直径；判断所述重量直径是否在252±0.5mm范围内；如判断结果为否，则则继续判断所述重量直径和显示直径的偏差是否大于临界值，如判断结果为是，将显示直径修正为与所述重量直径相同，然后采用炉台自带的直径控制系统进行直径精校。其中所涉及的修正和校准方法，与实施例一相同。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种用于CZ单晶炉10吋单晶等径自动校准直径的方法，其特征在于，包括：
获得晶棒重量；
通过晶棒重量直径计算公式获得晶棒的重量直径；
判断所述重量直径是否小于250mm或大于254mm；
如判断结果为是，则继续判断所述重量直径和显示直径的偏差是否大于临界值，如判断结果为是，将所述显示直径修正为与所述重量直径相同，然后采用炉台自带的直径控制系统进行直径校准，
所述显示直径为基于相机反馈的实时直径而显示出来的名义直径。
2.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述晶棒重量直径计算公式为：m＝ρv＝ρπR2l，其中，m为晶棒重量；ρ为固体硅密度2.33g/cm3；l为晶棒长度；R为所述重量直径。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述显示直径＝原始直径×等径增益值+等径修正值，所述等径增益值和等径修正值为人工设定的参数，所述原始直径为所述相机实时反馈的直径。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的将显示直径修正为与所述重量直径相同，包括：通过修改炉台自带的直径控制系统中的等径增益值和/或等径修正值进行自动修正。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述临界值是0.3mm-0.6mm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每间隔一个时间周期循环运行所述方法。
7.根据权利要求1至6任一所述的方法，其特征在于，在采用炉台自带的直径控制系统进行直径校准之后，或者，如判断所述重量直径在250mm-254mm范围内，还包括精校步骤：获得晶棒重量；通过晶棒重量直径计算公式获得晶棒的重量直径；判断所述重量直径是否在252±0.5mm范围内；如判断结果为否，则继续判断所述重量直径和显示直径的偏差是否大于临界值，如判断结果为是，将显示直径修正为与所述重量直径相同，然后采用炉台自带的直径控制系统进行直径精校。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在采用炉台自带的直径控制系统进行直径校准或精校之后，还包括：产出晶棒后，测量晶棒直径，评估校准是否有效，如判断结果为否，则排查原因，判断是重量直径计算有误还是测量晶棒直径时不够精确产生误差，必要时根据排查结果进行二次校准。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述晶棒重量是通过称重器获得。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述称重器的刻度精确到小数点后2位。
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