TW202332811A - 一種用於監測晶線的生長的監測系統和監測方法 - Google Patents
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Abstract
本發明實施例公開了一種用於監測晶線的生長的監測系統和監測方法，該監測系統包括：資料獲取單元，用於獲取正被拉製的晶棒上生長出的晶線的即時狀態資訊；判定單元，用於將該即時狀態資訊與正常狀態資訊進行對比，並且當該即時狀態資訊與該正常狀態資訊不一致時判定該晶線的生長出現異常，其中，該正常狀態資訊為該晶棒滿足品質要求時生長出的晶線的狀態資訊並且與該即時狀態資訊的屬性相同，報警單元，用於當該判定單元判定出該晶線的生長出現異常時發出晶線異常警報，以對該晶棒的拉製操作進行干涉。
Description
本發明屬於矽片生產領域，尤其關於一種用於監測晶線的生長的監測系統和監測方法。
對於比如用於生產積體電路等半導體電子元器件的矽片而言，主要通過將直拉法（Czochralski）拉製的單晶矽棒切片而製造出。Czochralski法包括使由石英製成的坩堝中的多晶矽熔化以獲得矽熔體，將單晶晶種浸入矽熔體中，以及連續地提升晶種移動離開矽熔體表面，由此在移動過程中在固液介面處生長出單晶矽棒。
在拉晶過程中，晶棒的外周表面會形成在徑向上凸出並且沿著軸向延伸的晶線，比如沿晶向＜100＞生長的晶棒會生成4條隆起的晶線。通常晶線從微觀上來看的話是矽晶體的一個晶面，晶線的存在表明晶體內部是以單晶形式在生長，當晶線消失說明晶體的晶面發生了偏轉，產生了不同方向的晶體，內部必然已經以多晶的形式在生長，由此，晶線斷開可以用來表徵晶棒從單晶方式生長轉變為了多晶方式生長，這一現象也稱之為晶棒斷線。
目前，晶線連續性判斷是由操作員根據自身經驗結合爐內情況進行綜合判斷的，該判斷依賴工作經驗且需要長時間多次確認才能做出最終決定，具有遲滯性，比如當實際生長的晶線已經與滿足要求的正常晶線不相符，或者說已經表徵出正被拉製的晶棒已經不滿足品質要求時，無法及時得到確認，甚至會出現晶線已經斷開都沒有察覺到晶線的生長出現了異常的情況，另外操作員主觀判斷具有不確定性，無法準確判斷晶棒是否發生斷線。
為解決上述技術問題，本發明實施例期望提供一種用於監測晶線的生長的監測系統和監測方法，能夠克服因依靠工作人員完成判斷所帶來的各種問題。
本發明的技術方案是這樣實現的：
第一方面，本發明實施例提供了一種用於監測晶線的生長的監測系統，該監測系統包括：
資料獲取單元，用於獲取正被拉製的晶棒上生長出的晶線的即時狀態資訊；
判定單元，用於將該即時狀態資訊與正常狀態資訊進行對比，並且當該即時狀態資訊與該正常狀態資訊不一致時判定該晶線的生長出現異常，其中，該正常狀態資訊為該晶棒滿足品質要求時生長出的晶線的狀態資訊並且與該即時狀態資訊的屬性相同，
報警單元，用於當該判定單元判定出該晶線的生長出現異常時發出晶線異常警報，以對該晶棒的拉製操作進行干涉。
第二方面，本發明實施例提供了一種用於監測晶線的生長的監測方法，該監測方法包括：
獲取正被拉製的晶棒上生長出的晶線的即時狀態資訊；
將該即時狀態資訊與正常狀態資訊進行對比，並且當該即時狀態資訊與該正常狀態資訊不一致時判定該晶線的生長出現異常，其中，該正常狀態資訊為該晶棒滿足品質要求時生長出的晶線的狀態資訊並且與該即時狀態資訊的屬性相同，
當判定出該晶線的生長出現異常時發出晶線異常警報，以對該晶棒的拉製操作進行干涉。
本發明實施例提供了一種用於監測晶棒斷線的監測系統和監測方法：對於判斷晶棒是否已發生或可能會發生斷線而言，不需要通過人力反復觀察，降低了勞動成本，可以避免人工經驗的使用，由此避免主觀判斷導致的不確定性，並且能夠在實際生長的晶線與滿足要求的正常晶線不相符時以快速的方式完成判斷，完全避免晶線已經斷開都沒有察覺到晶線的生長出現了異常的情況出現，因此能夠使回應更為即時。
為利 貴審查委員了解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達到之功效，茲將本發明配合附圖及附件，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的申請範圍，合先敘明。
在本發明實施例的描述中，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實施例和簡化描述，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。在本發明實施例的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。
首先參見圖1，其示出了現有的用於拉製晶棒R的拉晶爐1A的示意圖。如圖1所示，該拉晶爐1A可以包括：爐體10A，該爐體10A限定出爐體空腔FC；坩堝20A，該坩堝20A設置在爐體10A限定出的爐體空腔FC中並用於容納熔體M；坩堝托盤30A，該坩堝托盤30A用於支承坩堝20A；坩堝軸40A，該坩堝軸40A用於支撐坩堝托盤30A並驅動坩堝托盤30A轉動；升降線50A，該升降線50A用於將單晶晶種浸入熔體M中以及連續地提升晶種遠離熔體M的液面以在固液介面B處生長出晶棒R。
對於生長出的晶棒R而言，如圖1所示，在其外周表面處會形成在其徑向上凸出並且沿著其軸向延伸的晶線RL。如在圖2中更具體地示出的，在晶棒R的截面A-A處，晶線RL是正常的，而由於升降線50A的提升速度降低或拉晶爐1A中熱場變化等原因，在晶棒R的截面B-B處，晶線RL部分地消失，另外在晶棒R的截面C-C處，晶線RL完全消失。當晶線RL完全消失時，可以認為晶棒R發生了斷線，另外當晶線RL部分地消失至一定的程度時也可以視作晶棒R可能會發生斷線。另一方面晶棒R出現斷線的情形是需要避免的，否則即使拉製出了晶棒R，其品質也是無法得到保證的。因此，及時發現晶棒R已發生或可能會發生斷線以便完成相應的處理是非常重要的。
基於此，參見圖3並結合圖4，本發明實施例提供了一種用於監測晶線RL的生長的監測系統10，該監測系統10可以包括：
資料獲取單元100，用於獲取正被拉製的晶棒R上生長出的晶線RL的即時狀態資訊，
判定單元200，用於將該即時狀態資訊與正常狀態資訊進行對比，並且當該即時狀態資訊與該正常狀態資訊不一致時判定該晶線RL的生長出現異常，其中，該正常狀態資訊為該晶棒R滿足品質要求時生長出的晶線RL的狀態資訊並且與該即時狀態資訊的屬性相同，這裡的屬性相同指的是，比如即時狀態資訊為晶線RL的寬度值時，正常狀態資訊也為晶線RL的寬度值；
報警單元300，用於當該判定單元200判定出該晶線RL的生長出現異常時發出晶線異常警報，以對該晶棒R的拉製操作進行干涉。
通過根據本發明的上述實施例，對於判斷晶棒R是否已發生或可能會發生斷線而言，不需要通過人力反復觀察，降低了勞動成本，可以避免人工經驗的使用，由此避免主觀判斷導致的不確定性，並且能夠在實際生長的晶線與滿足要求的正常晶線不相符時以快速的方式完成判斷，完全避免晶線已經斷開都沒有察覺到晶線的生長出現了異常的情況出現，因此能夠使回應更為及時。
為了便於上述的正常狀態資訊以及即時狀態資訊的獲取，以及便於即時狀態資訊與正常狀態資訊之間的對比，在本發明的優選實施例中，該即時狀態資訊可以為即時寬度值，並且該正常狀態資訊可以為正常寬度值。
在本發明的優選實施例中，仍然參見圖3並結合圖4，該判定單元200還可以用於將每一時刻獲取到的即時寬度值與前一時刻獲取到的即時寬度值進行對比，並且當該即時寬度值在設定的時間段（例如，10分鐘）內持續減小時判定該晶線RL有斷開的趨勢，該報警單元300還可以用於當該判定單元200判定出該晶線RL有斷開的趨勢時發出晶線斷開預警，以對拉晶參數進行調整以降低晶線斷開的風險。這樣，能夠實現在晶線RL產生異常之前便執行相應的回應操作，舉例而言，當晶線RL因拉晶爐內溫度場溫度過高導致寬度不斷減小時，可以通過溫度補償等拉晶步驟參數的變更對寬度進行調整，使得晶線RL的寬度不再減小並保持在正常範圍內。綜上，在本實施例中，檢測系統不僅能夠發現晶線RL的異常，且在晶線斷開之前能夠對拉晶操作進行干涉以避免晶線斷開。
如上所述，當晶線RL的寬度不斷減小是由於拉晶爐內溫度場溫度過高導致時，通過拉晶參數的調整是能夠解決的，但是，當晶線RL的寬度不斷減小是由於晶棒R內部產生大量位錯滑移，使得晶體生長面發生不一致而導致時，通過上述的調整方式是無法解決的，而晶線RL的寬度會不斷減小直至消失，或者說發生斷線。發生這樣的情況也是需要儘早或及時地發生並執行相應的處理的，對此，在本發明的優選實施例中，仍然參見圖3並結合圖4，該判定單元200還用於當該即時寬度值等於零時判定該晶線RL已經斷開，該報警單元300還用於當該判定單元200判定出該晶線RL已經斷開時發出晶線斷開警報，以對該晶棒R執行回熔或提斷的操作。
另外，可以理解的是，同一拉晶爐是可以用於拉製不同品質要求的晶棒的，比如用於生產拋光矽片的單晶矽棒、用於生產磊晶矽片的單晶矽棒、晶體原生顆粒（Crystal Originated Particle，COP）Free（無COP缺陷的）單晶矽棒，另外對於用於生產磊晶矽片的單晶矽棒而言，又可分為用於生產輕摻的磊晶矽片的單晶矽棒以及用於生產重摻的磊晶矽片的單晶矽棒。但是，上述的不同品質要求的晶棒在拉製過程中形成的滿足生產需求的晶線或者說晶線的狀態資訊又是不同的，比如對於用於生產拋光矽片的單晶矽棒而言，其拉速較低，爐內溫度較高，形成的正常晶線呈現較為“纖細”的狀態，而對於用於生產磊晶矽片的單晶矽棒而言，其拉速較高，爐內溫度較低，形成的正常晶線通常呈現較為“粗壯”的狀態，因此判斷這些不同品質要求的晶棒的晶線是否已發生或可能會發生斷線的標準也應當是不同的。對此，在本發明的優選實施例中，該晶棒R可以為用於生產300mm矽片的COP Free晶棒，並且該正常寬度值可以介於0.5mm至1.5mm之間，或者該晶棒R可以為用於生產300mm矽片的磊晶（EPItaxial，EPI）輕摻晶棒，並且該正常寬度值可以介於1.5mm至2.3mm之間，或者該晶棒R可以為用於生產300mm矽片的EPI重摻晶棒，並且該正常寬度值可以介於2.3mm至3mm之間。這樣，能夠針對不同品質要求的晶棒R上形成的晶線RL利用相應的正常狀態資訊來判斷其是否已發生或可能會發生斷線，從而能夠使得判斷結果更為精確。
另外，與不同品質要求的晶棒R相對應的比如正常寬度值的正常狀態資訊可以存儲在不同的資料庫中，比如存儲在不同的COP Free晶棒晶線資料庫、磊晶輕摻晶棒晶線資料庫和EPI重摻晶棒晶線資料庫中。例如COP Free晶棒晶線資料庫是根據品質要求為COP Free的晶棒的晶線的正常狀態資訊建立出的資料庫，另外，例如在拉製品質要求為COP Free的晶棒時，資料獲取單元100獲取到的即時狀態資訊將會與COP Free晶棒晶線資料庫中正常狀態資訊進行對比，與EPI輕摻晶棒晶線資料庫或EPI重摻晶棒晶線資料庫不發生關聯。
為了獲取更為精確的判斷結論，優選地，參見圖5，該資料獲取單元100可以包括拍攝器110和圖像放大器120，該拍攝器110用於拍攝真實圖像，該圖像放大器120用於將該真實圖像進行放大以獲得該即時寬度值。這樣，可以在與正常寬度值進行對比時完成更為精確的對比。
優選地，該拍攝器110可以為電荷耦合器件（Charge Coupled Device，CCD）相機。
參見圖6並結合圖4，本發明實施例還提供了一種用於監測晶線的生長的監測方法，該監測方法可以包括：
S601：獲取正被拉製的晶棒R上生長出的晶線RL的即時狀態資訊；
S602：將該即時狀態資訊與正常狀態資訊進行對比，並且當該即時狀態資訊與該正常狀態資訊不一致時判定該晶線RL的生長出現異常，其中，該正常狀態資訊為該晶棒R滿足品質要求時生長出的晶線RL的狀態資訊並且與該即時狀態資訊的屬性相同；
S603：當判定出該晶線RL的生長出現異常時發出晶線異常警報，以對該晶棒R的拉製操作進行干涉。
優選地，該即時狀態資訊為即時寬度值，該正常狀態資訊為正常寬度值，並且該監測方法還可以包括：
將每一時刻獲取到的即時寬度值與前一時刻獲取到的即時寬度值進行對比，並且當該即時寬度值在設定的時間段內持續減小時判定該晶線RL有斷開的趨勢；
當判定出該晶線RL有斷開的趨勢時發出晶線斷開預警，以對拉晶參數進行調整使得晶線斷開能夠得到避免。
優選地，該監測方法還可以包括：
當該即時寬度值等於零時判定該晶線RL已經斷開；
當判定出該晶線RL已經斷開時發出晶線斷開警報，以對該晶棒R執行回熔或提斷的操作。
可以理解地，在本發明的實施例中，上述的“單元”可以是電路、處理器、程式或軟體等等，當然可以是模組也可以是非模組化的。
另外，在本實施例中的各組成部分可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨實體存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。上述集成的單元既可以採用硬體的形式實現，也可以採用軟體功能模組的形式實現。
該集成的單元如果以軟體功能模組的形式實現並非作為獨立的產品進行銷售或使用時，可以存儲在一個電腦可讀取存儲介質中，基於這樣的理解，本發明實施例的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分或者該技術方案的全部或部分可以以軟體產品的形式體現出來，該電腦軟體產品存儲在一個存儲介質中，包括若干指令用以使得一台電腦設備（可以是個人電腦，伺服器，或者網路設備等）或processor（處理器）執行實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質包括：USB碟、行動硬碟、唯讀記憶體（ROM， Read Only Memory）、隨機存取記憶體（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光碟等各種可以存儲程式碼的介質。
因此，本實施例還提供了一種電腦存儲介質，該電腦存儲介質存儲有監測晶棒斷線的程式，該監測晶棒斷線的程式被至少一個處理器執行時實現上述技術方案中該監測晶棒斷線的監測方法的步驟。
需要說明的是：本發明實施例所記載的技術方案之間，在不衝突的情況下，可以任意組合。
以上僅為本發明之較佳實施例，並非用來限定本發明之實施範圍，如果不脫離本發明之精神和範圍，對本發明進行修改或者等同替換，均應涵蓋在本發明申請專利範圍的保護範圍當中。
10:監測系統
100:資料獲取單元
200:判定單元
300:報警單元
110:拍攝器
120:圖像放大器
1A:拉晶爐
10A:爐體
20A:坩堝
30A:坩堝托盤
40A:坩堝軸
50A:升降線
B:固液介面
FC:爐體空腔
M:熔體
R:晶棒
RL:晶線
S601-S603:步驟
圖1為示出了現有的拉晶爐、拉製出的晶棒以及形成在晶棒上的晶線的示意圖；
圖2為示出了晶棒發生斷線的詳細示意圖；
圖3為根據本發明的實施例的監測系統的組成部件示意圖；
圖4為根據本發明的實施例的監測系統結合至拉晶爐的示意圖；
圖5為根據本發明的實施例的資料獲取單元的組成部件示意圖；
圖6為根據本發明的實施例的監測方法的示意圖。
10:監測系統
100:資料獲取單元
200:判定單元
300:報警單元
Claims (10)
- 一種用於監測晶線的生長的監測系統，該監測系統包括： 資料獲取單元，用於獲取正被拉製的晶棒上生長出的晶線的即時狀態資訊； 判定單元，用於將該即時狀態資訊與正常狀態資訊進行對比，並且當該即時狀態資訊與該正常狀態資訊不一致時判定該晶線的生長出現異常，其中，該正常狀態資訊為該晶棒滿足品質要求時生長出的晶線的狀態資訊並且與該即時狀態資訊的屬性相同， 報警單元，用於當該判定單元判定出該晶線的生長出現異常時發出晶線異常警報，以對該晶棒的拉製操作進行干涉。
- 如請求項1所述之用於監測晶線的生長的監測系統，其中，該即時狀態資訊為即時寬度值，並且該正常狀態資訊為正常寬度值。
- 如請求項2所述之用於監測晶線的生長的監測系統，其中，該判定單元還用於將每一時刻獲取到的即時寬度值與前一時刻獲取到的即時寬度值進行對比，並且當該即時寬度值在設定的時間段內持續減小時判定該晶線有斷開的趨勢，該報警單元還用於當該判定單元判定出該晶線有斷開的趨勢時發出晶線斷開預警，以對拉晶參數進行調整。
- 如請求項3所述之用於監測晶線的生長的監測系統，其中，該判定單元還用於當該即時寬度值等於零時判定該晶線已經斷開，該報警單元還用於當該判定單元判定出該晶線已經斷開時發出晶線斷開警報，以對該晶棒執行回熔或提斷的操作。
- 如請求項2至4中任一項所述之用於監測晶線的生長的監測系統，其中，該晶棒為用於生產300mm矽片的COP Free晶棒，並且該正常寬度值介於0.5mm至1.5mm之間，或者該晶棒為用於生產300mm矽片的EPI輕摻晶棒，並且該正常寬度值介於1.5mm至2.3mm之間，或者該晶棒為用於生產300mm矽片的EPI重摻晶棒，並且該正常寬度值介於2.3mm至3mm之間。
- 如請求項2至4中任一項所述之用於監測晶線的生長的監測系統，其中，該資料獲取單元還包括拍攝器和圖像放大器，該拍攝器用於拍攝真實圖像，該圖像放大器用於將該真實圖像進行放大以獲得該即時寬度值。
- 如請求項6所述之用於監測晶線的生長的監測系統，其中，該拍攝器為CCD相機。
- 一種用於監測晶線的生長的監測方法，該監測方法包括： 獲取正被拉製的晶棒上生長出的晶線的即時狀態資訊； 將該即時狀態資訊與正常狀態資訊進行對比，並且當該即時狀態資訊與該正常狀態資訊不一致時判定該晶線的生長出現異常，其中，該正常狀態資訊為該晶棒滿足品質要求時生長出的晶線的狀態資訊並且與該即時狀態資訊的屬性相同， 當判定出該晶線的生長出現異常時發出晶線異常警報，以對該晶棒的拉製操作進行干涉。
- 如請求項8所述之用於監測晶線的生長的監測方法，其中，該即時狀態資訊為即時寬度值，該正常狀態資訊為正常寬度值，並且該監測方法還包括： 將每一時刻獲取到的即時寬度值與前一時刻獲取到的即時寬度值進行對比，並且當該即時寬度值在設定的時間段內持續減小時判定該晶線有斷開的趨勢； 當判定出該晶線有斷開的趨勢時發出晶線斷開預警，以對拉晶參數進行調整使得晶線斷開能夠得到避免。
- 如請求項9所述之用於監測晶線的生長的監測方法，其中，該監測方法還包括： 當該即時寬度值等於零時判定該晶線已經斷開； 當判定出該晶線已經斷開時發出晶線斷開警報，以對該晶棒執行回熔或提斷的操作。
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