一种用于监测晶线的生长的监测系统和监测方法

技术领域

本发明涉及硅片生产领域，尤其涉及一种用于监测晶线的生长的监测系统和监测方法。

背景技术

对于比如用于生产集成电路等半导体电子元器件的硅片而言，主要通过将直拉法(Czochralski)拉制的单晶硅棒切片而制造出。Czochralski法包括使由石英制成的坩埚中的多晶硅熔化以获得硅熔体，将单晶晶种浸入硅熔体中，以及连续地提升晶种移动离开硅熔体表面，由此在移动过程中在固液界面处生长出单晶硅棒。

在拉晶过程中，晶棒的外周表面会形成在径向上凸出并且沿着轴向延伸的晶线，比如沿晶向<100>生长的晶棒会生成4条隆起的晶线。通常晶线从微观上来看的话是硅晶体的一个晶面，晶线的存在表明晶体内部是以单晶形式在生长，当晶线消失说明晶体的晶面发生了偏转，产生了不同方向的晶体，内部必然已经以多晶的形式在生长，由此，晶线断开可以用来表征晶棒从单晶方式生长转变为了多晶方式生长，这一现象也称之为晶棒断线。

目前，晶线连续性判断是由操作员根据自身经验结合炉内情况进行综合判断的，该判断依赖工作经验且需要长时间多次确认才能做出最终决定，具有滞后性，比如当实际生长的晶线已经与满足要求的正常晶线不相符，或者说已经表征出正被拉制的晶棒已经不满足品质要求时，无法及时得到确认，甚至会出现晶线已经断开都没有察觉到晶线的生长出现了异常的情况，另外操作员主观判断具有不确定性，无法准确判断晶棒是否发生断线。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例期望提供一种用于监测晶线的生长的监测系统和监测方法，能够克服因依靠工作人员完成判断所带来的各种问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种用于监测晶线的生长的监测系统，所述监测系统包括：

数据获取单元，用于获取正被拉制的晶棒上生长出的晶线的实时状态信息；

判定单元，用于将所述实时状态信息与正常状态信息进行对比，并且当所述实时状态信息与所述正常状态信息不一致时判定所述晶线的生长出现异常，其中，所述正常状态信息为所述晶棒满足品质要求时生长出的晶线的状态信息并且与所述实时状态信息的属性相同，

报警单元，用于当所述判定单元判定出所述晶线的生长出现异常时发出晶线异常警报，以对所述晶棒的拉制操作进行干涉。

第二方面，本发明实施例提供了一种用于监测晶线的生长的监测方法，所述监测方法包括：

获取正被拉制的晶棒上生长出的晶线的实时状态信息；

将所述实时状态信息与正常状态信息进行对比，并且当所述实时状态信息与所述正常状态信息不一致时判定所述晶线的生长出现异常，其中，所述正常状态信息为所述晶棒满足品质要求时生长出的晶线的状态信息并且与所述实时状态信息的属性相同，

当判定出所述晶线的生长出现异常时发出晶线异常警报，以对所述晶棒的拉制操作进行干涉。

本发明实施例提供了一种用于监测晶棒断线的监测系统和监测方法：对于判断晶棒是否已发生或可能会发生断线而言，不需要通过人力反复观察，降低了劳动成本，可以避免人工经验的使用，由此避免主观判断导致的不确定性，并且能够在实际生长的晶线与满足要求的正常晶线不相符时以快速的方式完成判断，完全避免晶线已经断开都没有察觉到晶线的生长出现了异常的情况出现，因此能够使响应更为及时。

附图说明

图1为示出了现有的拉晶炉、拉制出的晶棒以及形成在晶棒上的晶线的示意图；

图2为示出了晶棒发生断线的详细示意图；

图3为根据本发明的实施例的监测系统的组成部件示意图；

图4为根据本发明的实施例的监测系统结合至拉晶炉的示意图；

图5为根据本发明的实施例的数据获取单元的组成部件示意图；

图6为根据本发明的实施例的监测方法的示意图。

具体实施方式

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。

首先参见图1，其示出了现有的用于拉制晶棒R的拉晶炉1A的示意图。如图1所示，该拉晶炉1A可以包括：炉体10A，该炉体10A限定出炉体空腔FC；坩埚20A，该坩埚20A设置在炉体10A限定出的炉体空腔FC中并用于容纳熔体M；坩埚托盘30A，该坩埚托盘30A用于支承坩埚20A；坩埚轴40A，该坩埚轴40A用于支撑坩埚托盘30A并驱动坩埚托盘30A转动；升降线50A，该升降线50A用于将单晶晶种浸入熔体M中以及连续地提升晶种远离熔体M的液面以在固液界面B处生长出晶棒R。

对于生长出的晶棒R而言，如图1所示，在其外周表面处会形成在其径向上凸出并且沿着其轴向延伸的晶线RL。如在图2中更具体地示出的，在晶棒R的截面A-A处，晶线RL是正常的，而由于升降线50A的提升速度降低或拉晶炉1A中热场变化等原因，在晶棒R的截面B-B处，晶线RL部分地消失，另外在晶棒R的截面C-C处，晶线RL完全消失。当晶线RL完全消失时，可以认为晶棒R发生了断线，另外当晶线RL部分地消失至一定的程度时也可以视作晶棒R可能会发生断线。另一方面晶棒R出现断线的情形是需要避免的，否则即使拉制出了晶棒R，其品质也是无法得到保证的。因此，及时发现晶棒R已发生或可能会发生断线以便完成相应的处理是非常重要的。

基于此，参见图3并结合图4，本发明实施例提供了一种用于监测晶线RL的生长的监测系统10，所述监测系统10可以包括：

数据获取单元100，用于获取正被拉制的晶棒R上生长出的晶线RL的实时状态信息，

判定单元200，用于将所述实时状态信息与正常状态信息进行对比，并且当所述实时状态信息与所述正常状态信息不一致时判定所述晶线RL的生长出现异常，其中，所述正常状态信息为所述晶棒R满足品质要求时生长出的晶线RL的状态信息并且与所述实时状态信息的属性相同，这里的属性相同指的是，比如实时状态信息为晶线RL的宽度值时，正常状态信息也为晶线RL的宽度值；

报警单元300，用于当所述判定单元200判定出所述晶线RL的生长出现异常时发出晶线异常警报，以对所述晶棒R的拉制操作进行干涉。

通过根据本发明的上述实施例，对于判断晶棒R是否已发生或可能会发生断线而言，不需要通过人力反复观察，降低了劳动成本，可以避免人工经验的使用，由此避免主观判断导致的不确定性，并且能够在实际生长的晶线与满足要求的正常晶线不相符时以快速的方式完成判断，完全避免晶线已经断开都没有察觉到晶线的生长出现了异常的情况出现，因此能够使响应更为及时。

为了便于上述的正常状态信息以及实时状态信息的获取，以及便于实时状态信息与正常状态信息之间的对比，在本发明的优选实施例中，所述实时状态信息可以为实时宽度值，并且所述正常状态信息可以为正常宽度值。

在本发明的优选实施例中，仍然参见图3并结合图4，所述判定单元200还可以用于将每一时刻获取到的实时宽度值与前一时刻获取到的实时宽度值进行对比，并且当所述实时宽度值在设定的时间段(例如，10分钟)内持续减小时判定所述晶线RL有断开的趋势，所述报警单元300还可以用于当所述判定单元200判定出所述晶线RL有断开的趋势时发出晶线断开预警，以对拉晶参数进行调整以降低晶线断开的风险。这样，能够实现在晶线RL产生异常之前便执行相应的响应操作，举例而言，当晶线RL因拉晶炉内温度场温度过高导致宽度不断减小时，可以通过温度补偿等拉晶工艺参数的变更对宽度进行调整，使得晶线RL的宽度不再减小并保持在正常范围内。综上，在本实施例中，检测系统不仅能够发现晶线RL的异常，且在晶线断开之前能够对拉晶操作进行干涉以避免晶线断开。

如上所述，当晶线RL的宽度不断减小是由于拉晶炉内温度场温度过高导致时，通过拉晶参数的调整是能够解决的，但是，当晶线RL的宽度不断减小是由于晶棒R内部产生大量位错滑移，使得晶体生长面发生不一致而导致时，通过上述的调整方式是无法解决的，而晶线RL的宽度会不断减小直至消失，或者说发生断线。发生这样的情况也是需要尽早或及时地发生并执行相应的处理的，对此，在本发明的优选实施例中，仍然参见图3并结合图4，所述判定单元200还用于当所述实时宽度值等于零时判定所述晶线RL已经断开，所述报警单元300还用于当所述判定单元200判定出所述晶线RL已经断开时发出晶线断开警报，以对所述晶棒R执行回熔或提断的操作。

另外，可以理解的是，同一拉晶炉是可以用于拉制不同品质要求的晶棒的，比如用于生产抛光硅片的单晶硅棒、用于生产外延硅片的单晶硅棒、COP Free(无COP缺陷的)单晶硅棒，另外对于用于生产外延硅片的单晶硅棒而言，又可分为用于生产轻掺的外延硅片的单晶硅棒以及用于生产重掺的外延硅片的单晶硅棒。但是，上述的不同品质要求的晶棒在拉制过程中形成的满足生产需求的晶线或者说晶线的状态信息又是不同的，比如对于用于生产外延硅片的单晶硅棒而言，其拉速较低，炉内温度较高，形成的正常晶线呈现较为“纤细”的状态，而对于用于生产外延硅片的单晶硅棒而言，其拉速较高，炉内温度较低，形成的正常晶线通常呈现较为“粗壮”的状态，因此判断这些不同品质要求的晶棒的晶线是否已发生或可能会发生断线的标准也应当是不同的。对此，在本发明的优选实施例中，所述晶棒R可以为用于生产300mm硅片的COP Free晶棒，并且所述正常宽度值可以介于0.5mm至1.5mm之间，或者所述晶棒R可以为用于生产300mm硅片的EPI轻掺晶棒，并且所述正常宽度值可以介于1.5mm至2.3mm之间，或者所述晶棒R可以为用于生产300mm硅片的EPI重掺晶棒，并且所述正常宽度值可以介于2.3mm至3mm之间。这样，能够针对不同品质要求的晶棒R上形成的晶线RL利用相应的正常状态信息来判断其是否已发生或可能会发生断线，从而能够使得判断结果更为精确。

另外，与不同品质要求的晶棒R相对应的比如正常宽度值的正常状态信息可以存储在不同的数据库中，比如存储在不同的COP Free晶棒晶线数据库、外延(epitaxial，EPI)轻掺晶棒晶线数据库和EPI重掺晶棒晶线数据库中。例如COP Free晶棒晶线数据库是根据品质要求为COP Free的晶棒的晶线的正常状态信息建立出的数据库，另外，例如在拉制品质要求为COP Free的晶棒时，数据获取单元100获取到的实时状态信息将会与COP Free晶棒晶线数据库中正常状态信息进行对比，与EPI轻掺晶棒晶线数据库或EPI重掺晶棒晶线数据库不发生关联。

为了获取更为精确的判断结论，优选地，参见图5，所述数据获取单元100可以包括拍摄器110和图像放大器120，所述拍摄器110用于拍摄真实图像，所述图像放大器120用于将所述真实图像进行放大以获得所述实时宽度值。这样，可以在与正常宽度值进行对比时完成更为精确的对比。

优选地，所述拍摄器110可以为CCD相机。

参见图6并结合图4，本发明实施例还提供了一种用于监测晶线的生长的监测方法，所述监测方法可以包括：

S601：获取正被拉制的晶棒R上生长出的晶线RL的实时状态信息；

S602：将所述实时状态信息与正常状态信息进行对比，并且当所述实时状态信息与所述正常状态信息不一致时判定所述晶线RL的生长出现异常，其中，所述正常状态信息为所述晶棒R满足品质要求时生长出的晶线RL的状态信息并且与所述实时状态信息的属性相同；

S603：当判定出所述晶线RL的生长出现异常时发出晶线异常警报，以对所述晶棒R的拉制操作进行干涉。

优选地，所述实时状态信息为实时宽度值，所述正常状态信息为正常宽度值，并且所述监测方法还可以包括：

将每一时刻获取到的实时宽度值与前一时刻获取到的实时宽度值进行对比，并且当所述实时宽度值在设定的时间段内持续减小时判定所述晶线RL有断开的趋势；

当判定出所述晶线RL有断开的趋势时发出晶线断开预警，以对拉晶参数进行调整使得晶线断开能够得到避免。

优选地，所述监测方法还可以包括：

当所述实时宽度值等于零时判定所述晶线RL已经断开；

当判定出所述晶线RL已经断开时发出晶线断开警报，以对所述晶棒R执行回熔或提断的操作。

可以理解地，在本发明的实施例中，上述的“单元”可以是电路、处理器、程序或软件等等，当然可以是模块也可以是非模块化的。

另外，在本实施例中的各组成部分可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并非作为独立的产品进行销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中，基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或processor(处理器)执行实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read Onl6 Memor6)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memor6)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

因此，本实施例还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有监测晶棒断线的程序，所述监测晶棒断线的程序被至少一个处理器执行时实现上述技术方案中所述监测晶棒断线的监测方法的步骤。

需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

以上所述，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所述权利要求的保护范围为准。