TW202305203A

TW202305203A - 測量裝置和測量方法

Info

Publication number: TW202305203A
Application number: TW111139986A
Authority: TW
Inventors: 楊文武; 金珍根
Original assignee: 大陸商西安奕斯偉材料科技有限公司
Priority date: 2022-05-18
Filing date: 2022-10-21
Publication date: 2023-02-01
Also published as: CN114993151A; TWI812517B

Abstract

本發明揭露一種測量裝置，包括：爐體；坩堝，坩堝內容納有矽熔液；磁場產生結構，設置於爐體的週邊，用於向坩堝處輸出磁場，磁場產生結構包括遠離矽熔液的第一端面；籽晶提拉結構，用於控制籽晶升降運動；第一感應結構，設置於爐體上，用於在籽晶下降經過第一位置時，發出第一信號；第二感應結構，設置於爐體上，用於在籽晶下降至第二位置時，發出第二信號，第二位置為與矽熔液液面齊平的位置；處理結構，用於根據第一信號和第二信號獲取第一位置和第二位置的第二距離b，並根據第二距離b獲取第一距離MP，其中MP= a+d-b，a為第一端面和第一位置之間的距離，d為在第一端面和磁場最強高斯面之間的距離。本發明還揭露一種測量方法。

Description

測量裝置和測量方法

本發明關於矽產品製作技術領域，尤其屬於一種測量裝置和測量方法。

最大高斯面（Maximum Gauss Plane，MGP）為磁場的最強水準高斯面，其與矽熔液表面的距離為一非常重要的拉晶技術參數，最強高斯平面與矽熔液液面之間的距離大小決定了矽熔體的對流，控制氧的有效析出，這很大程度上決定了晶棒中晶體缺陷分佈情況及氧含量分佈均一性。氧的均一性很大程度上影響著體微缺陷（Bulk Micro Defects，BMD）的均一性。因此如何準確測量該參數很重要。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種測量裝置和測量方法，提高測量最強高斯平面與矽熔液液面之間的距離的精確度。

為了達到上述目的，本發明實施例採用的技術方案是：一種測量裝置，用於測量磁場最強高斯面與矽熔液液面在第一方向上的第一距離MP，該第一方向為垂直於該矽熔液液面的方向，該測量裝置包括：爐體；坩堝，位於該爐體內，該坩堝內容納有矽熔液；磁場產生結構，設置於該爐體的週邊，用於向該坩堝處輸出磁場，在該第一方向上，該磁場產生結構包括遠離該矽熔液的第一端面；籽晶提拉結構，用於控制籽晶在該第一方向進行升降運動；第一感應結構，設置於該爐體上，且在該第一方向上位於該爐體的第一位置，用於在該籽晶提拉結構控制籽晶下降經過該第一位置時，發出第一信號。其中，該第二位置為與該矽熔液液面齊平的位置；第二感應結構，設置於該爐體上，用於在該籽晶提拉結構控制籽晶下降至第二位置時，發出第二信號；處理結構，用於根據該第一信號和該第二信號獲取該第一位置和該第二位置在該第一方向上的第二距離b，並根據該第二距離b獲取該第一距離MP，其中MP= a+d-b，a為在該第一方向上該第一端面和該第一位置之間的距離，d為在該第一方向上該第一端面和磁場最強高斯面之間的距離。

可選地，該第一感應結構包括對射感測器，該對射感測器的信號發射部和信號接收部位於該爐體的相對的兩側。

可選地，該爐體包括主體和蓋體，該信號發射部和該信號接收部位於該蓋體的相對的兩側。

可選地，該第二感應結構包括電流檢測元件，該電流檢測元件的一端與該籽晶提拉結構連接，該電流檢測元件的另一端浸沒於該矽熔液內，該第二感應結構用於在該籽晶提拉結構控制籽晶下降至籽晶與矽熔液接觸時，發出該第二信號。

可選地，該籽晶提拉結構包括籽晶夾頭和固定於該籽晶夾頭上的籽晶，該電流檢測元件的一端與該籽晶夾頭連接。

可選地，該坩堝包括石英坩堝和位於該石英坩堝外部的石墨坩堝，該石墨坩堝底部通過坩堝軸支撐固定。

可選地，該石墨坩堝和該坩堝軸之間設置有坩堝托盤。

本發明實施例還提供一種測量方法，採用上述的測量裝置測量磁場最強高斯面與矽熔液液面在第一方向上的第一距離MP，包括：在該籽晶提拉結構控制籽晶下降經過該第一位置時，發出第一信號；在該籽晶提拉結構控制籽晶下降至第二位置時，發出第二信號；根據該第一信號和該第二信號獲取該第一位置和該第二位置在該第一方向上的第二距離b，並根據該第二距離b獲取該第一距離MP，其中MP= a+d-b，a為在該第一方向上該第一端面和該第一位置之間的距離，d為在該第一方向上該第一端面和磁場最強高斯面之間的距離。

可選地，該第二感應結構包括電流檢測元件，該電流檢測元件的一端與該籽晶提拉結構連接，該電流檢測元件的另一端浸沒於該矽熔液內；在該籽晶提拉結構控制籽晶下降至第二位置時，發出第二信號；具體包括：在該籽晶提拉結構控制籽晶下降至籽晶與矽熔液接觸時，發出該第二信號。

本發明的有益效果是：準確地測量最強高斯平面到矽熔液液面的距離，進而有助於在拉晶過程中精確地控制矽熔體的對流，控制氧的有效析出，這很大程度上決定了晶棒中晶體缺陷分佈情況及氧含量分佈均一性，有助於高品質、氧均一、BMD均一的晶棒的產出。

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，下面結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，但並不用於限定本發明。

需要說明的是，當元件被稱為“固定於”或“設置於”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者間接在所述另一個元件上。當一個元件被稱為是“連接於”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或間接連接至所述另一個元件上。

需要理解的是，術語“長度”、“寬度”、“上”、“下”、“前”、“後”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

此外，術語“第一”、“第二”僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個所述特徵。在本發明的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。

在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關係。對於本領域的具有通常知識者而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

如圖1所示，本實施例提供一種測量裝置，用於測量磁場最強高斯面與矽熔液液面4在第一方向上的第一距離MP，該第一方向為垂直於該矽熔液液面4的方向，該測量裝置包括：爐體10；坩堝，位於該爐體10內，該坩堝內容納有矽熔液；磁場產生結構8，設置於該爐體10的週邊，用於向該坩堝處輸出磁場，在該第一方向上，該磁場產生結構8包括遠離該矽熔液的第一端面；籽晶提拉結構，用於控制籽晶2在該第一方向進行升降運動；第一感應結構3，設置於該爐體10上，且在該第一方向上位於該爐體10的第一位置，用於在該籽晶提拉結構控制籽晶2下降經過該第一位置時，發出第一信號。其中，該第二位置為與該矽熔液液面4齊平的位置；第二感應結構，設置於該爐體10上，用於在該籽晶提拉結構控制籽晶2下降至第二位置時，發出第二信號；處理結構，用於根據該第一信號和該第二信號獲取該第一位置和該第二位置在該第一方向上的第二距離b，並根據該第二距離b獲取該第一距離MP，其中MP=a+d-b，a為在該第一方向上該第一端面和該第一位置之間的距離，d為在該第一方向上該第一端面和磁場最強高斯面之間的距離。c為在該第一方向上該矽熔液液面4和該磁場最強高斯面之間的距離。

通過該第一感應結構3和該第二感應結構的設置，分別記錄籽晶2在下降過程中經過該第一位置和該第二位置時的資訊，例如，時間、速度等，從而獲得該第一位置和該第二位置在該第一方向上的第二距離b，該第一端面和該第一位置之間的距離a可以通過直接測量獲得，該磁場產生結構8的位置固定，因此，該最強高斯平面是固定的，在該第一方向上該第一端面和磁場最強高斯面之間的距離d可以根據該磁場產生結構8的該第一端面獲得，這樣就可以獲得最強高斯平面與矽熔液之間的距離MP=a+d-b。採用上述方案獲得最強高斯平面與矽熔液之間的距離MP，提高了該參數的精確度，且簡單快捷。

該第一感應結構3的具體結構形式可以有多種，示例性的，該第一感應結構3包括對射感測器，該對射感測器的信號發射部和信號接收部位於該爐體10的相對的兩側。

該信號發射部和該信號接收部在該第一方向上的位置均位於該第一位置，從而可以精確的在籽晶2經過該第一位置時發出該第一信號。

該對射感測器的設置位置可以根據實際需要設定，即該第一位置可以根據實際需要設定，只要位於該爐體10內的坩堝的上方即可，示例性的，該爐體10包括主體和蓋體，該信號發射部和該信號接收部位於該蓋體的相對的兩側。

該對射感測器可以設置於該蓋體的外表面，這樣可以避免對爐體10內的元件的影響。

該第二感應結構的具體結構形式可以有多種，只要可以在籽晶2接觸矽熔液液面4時發出該第二信號即可，示例性的，該第二感應結構包括電流檢測元件，該電流檢測元件的一端與該籽晶提拉結構連接，該電流檢測元件的另一端浸沒於該矽熔液內，該第二感應結構用於在該籽晶提拉結構控制籽晶2下降至籽晶2與矽熔液接觸時，發出該第二信號。

當籽晶2頭部與矽熔液液面4發生接觸時，籽晶提拉結構與矽熔液形成回路，阻值發生變化（電流發生變化），該處理結構接收該第二信號，並根據該第一信號，從而獲得該第一位置和該第二位置在該第一方向上的距離。

需要說明的是，該第二感應結構還可以包括監測元件，用於實施監測該電流檢測元件的變化，在監測到該電流檢測元件的電流發生變化時，發出該第二信號，但並不以此為限。

該監測元件可以包括開關電路和位置資訊獲取結構，在籽晶2頭部與矽熔液液面4發生接觸時，籽晶提拉結構與矽熔液形成回路，阻值發生變化（電流發生變化），該開關電路會閉合，從而發出信號至該位置資訊獲取結構，使得該位置資訊獲取結構，根據籽晶2的移動速度、從該第一位置移動至該第二位置所需的時間等資訊獲取該第一位置和該第二位置之間的距離，但並不以此為限。

示例性的，該籽晶提拉結構包括籽晶夾頭1和固定於該籽晶夾頭1上的籽晶2，該電流檢測元件的一端與該籽晶夾頭1連接。

示例性的，該坩堝包括石英坩堝5和位於該石英坩堝5外部的石墨坩堝6，該石墨坩堝6底部通過坩堝軸9支撐固定。

示例性的，該石墨坩堝6和該坩堝軸9之間設置有坩堝托盤7。

如圖2所示，本發明實施例還提供一種測量方法，採用上述的測量裝置測量磁場最強高斯面與矽熔液液面4在第一方向上的第一距離MP，包括：步驟S01，在該籽晶提拉結構控制籽晶2下降經過該第一位置時，發出第一信號；步驟S02，在該籽晶提拉結構控制籽晶2下降至第二位置時，發出第二信號；步驟S03，根據該第一信號和該第二信號獲取該第一位置和該第二位置在該第一方向上的第二距離b，並根據該第二距離b獲取該第一距離MP，其中MP= a+d-b，a為在該第一方向上該第一端面和該第一位置之間的距離，d為在該第一方向上該第一端面和磁場最強高斯面之間的距離。

示例性的，該第二感應結構包括電流檢測元件，該電流檢測元件的一端與該籽晶提拉結構連接，該電流檢測元件的另一端浸沒於該矽熔液內；在該籽晶提拉結構控制籽晶2下降至第二位置時，發出第二信號；具體包括：在該籽晶提拉結構控制籽晶2下降至籽晶2與矽熔液接觸時，發出該第二信號。

上面結合附圖對本發明的實施例進行了描述，但是本發明並不局限於上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的具有通常知識者在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和申請專利範圍所保護的範圍情況下，還可做出很多形式，均屬於本發明的保護之內。

1:籽晶夾頭 2:籽晶 3:第一感應結構 4:矽熔液液面 5:石英坩堝 6:石墨坩堝 7:坩堝托盤 8:磁場產生結構 9:坩堝軸 10:爐體 S01-S03:步驟

圖1表示本發明實施例中的測量裝置的結構示意圖；圖2表示本發明實施例中的測量方法的流程示意圖。

1:籽晶夾頭

2:籽晶

3:第一感應結構

4:矽熔液液面

5:石英坩堝

6:石墨坩堝

7:坩堝托盤

8:磁場產生結構

9:坩堝軸

10:爐體

Claims

一種測量裝置，用於測量磁場最強高斯面與矽熔液液面在第一方向上的第一距離MP，該第一方向為垂直於該矽熔液液面的方向，該測量裝置包括：爐體；坩堝，位於該爐體內，該坩堝內容納有矽熔液；磁場產生結構，設置於該爐體的週邊，用於向該坩堝處輸出磁場，在該第一方向上，該磁場產生結構包括遠離該矽熔液的第一端面；籽晶提拉結構，用於控制籽晶在該第一方向進行升降運動；第一感應結構，設置於該爐體上，且在該第一方向上位於該爐體的第一位置，用於在該籽晶提拉結構控制籽晶下降經過該第一位置時，發出第一信號；第二感應結構，設置於該爐體上，用於在該籽晶提拉結構控制籽晶下降至第二位置時，發出第二信號，其中，該第二位置為與該矽熔液液面齊平的位置；處理結構，用於根據該第一信號和該第二信號獲取該第一位置和該第二位置在該第一方向上的第二距離b，並根據該第二距離b獲取該第一距離MP，其中MP= a+d-b，a為在該第一方向上該第一端面和該第一位置之間的距離，d為在該第一方向上該第一端面和磁場最強高斯面之間的距離。
如請求項1所述的測量裝置，其中，該第一感應結構包括對射感測器，該對射感測器的信號發射部和信號接收部位於該爐體的相對的兩側。
如請求項2所述的測量裝置，其中，該爐體包括主體和蓋體，該信號發射部和該信號接收部位於該蓋體的相對的兩側。
如請求項1所述的測量裝置，其中，該第二感應結構包括電流檢測元件，該電流檢測元件的一端與該籽晶提拉結構連接，該電流檢測元件的另一端浸沒於該矽熔液內，該第二感應結構用於在該籽晶提拉結構控制籽晶下降至籽晶與矽熔液接觸時，發出該第二信號。
如請求項4所述的測量裝置，其中，該籽晶提拉結構包括籽晶夾頭和固定於該籽晶夾頭上的籽晶，該電流檢測元件的一端與該籽晶夾頭連接。
如請求項1所述的測量裝置，其中，該坩堝包括石英坩堝和位於該石英坩堝外部的石墨坩堝，該石墨坩堝底部通過坩堝軸支撐固定。
如請求項6所述的測量裝置，其中，該石墨坩堝和該坩堝軸之間設置有坩堝托盤。
一種測量方法，採用如請求項1至7中任一項所述的測量裝置測量磁場最強高斯面與矽熔液液面在第一方向上的第一距離MP，包括：在該籽晶提拉結構控制籽晶下降經過該第一位置時，發出第一信號；在該籽晶提拉結構控制籽晶下降至第二位置時，發出第二信號；根據該第一信號和該第二信號獲取該第一位置和該第二位置在該第一方向上的第二距離b，並根據該第二距離b獲取該第一距離MP，其中MP= a+d-b，a為在該第一方向上該第一端面和該第一位置之間的距離，d為在該第一方向上該第一端面和磁場最強高斯面之間的距離。
如請求項8所述的測量方法，其中，該第二感應結構包括電流檢測元件，該電流檢測元件的一端與該籽晶提拉結構連接，該電流檢測元件的另一端浸沒於該矽熔液內；在該籽晶提拉結構控制籽晶下降至第二位置時，發出第二信號；具體包括：在該籽晶提拉結構控制籽晶下降至籽晶與矽熔液接觸時，發出該第二信號。