引晶放肩工艺、断线分析方法、介质、终端及单晶炉

技术领域

本发明属于单晶技术领域，具体涉及一种引晶放肩工艺、断线分析方法、介质、终端及单晶炉。

背景技术

单晶硅具有准金属的物理性质，具有显著的半导电性，是半导体元件加工的主要原料，现有的拉晶工艺通常是通过单晶炉对硅料进行加热熔化，在合适的温度下，经过熔料，熔接，稳温，引晶，放肩，转肩，等径和收尾等步骤完成单晶硅柱状成品的拉制。其中，放肩是整个拉晶过程中重要的一道工序，一根单晶拉制的开始，放肩的成功与否，直接关系到拉晶的成品率。

目前，晶硅厂家的自动化控制程度普遍不高，在熔接流程中，工作人员通过肉眼观察熔接效果，待充分熔接后，降低加热器功率，工作人员根据主观经验设定引晶液温，系统调整加热器功率至设定的引晶功率。

其一方面由于不同的车间和单晶炉存在的差异较大，一致性较差，成功率较低，在放肩阶段容易导致断线，造成拉晶产能低，成本高；另一方面，还需要投入大量的人力资源。

发明内容

鉴于上述现有的晶硅厂家通过人工的主观经验进行熔接和引晶容易导致放肩断线的问题，本发明的目的之一在于提供一种引晶放肩工艺、断线分析方法、介质、终端及单晶炉，以降低对人的依赖性，从而实现系统地进行引晶放肩的自动化控制，从而有利于减少断线率，提高拉晶产能，降低成本。

为实现上述目的，本发明采用下列技术方案：

一种引晶放肩工艺，应用于单晶炉中，所述单晶炉具有主加热器、底加热器、视觉监测装置和温度监测装置，其特征在于，包括如下步骤：

S1、熔料：加料完成后，根据预设的加热功率，确定所述主加热器和所述底加热器的初始加热时长；

S2、关底加热器：在所述初始加热时长内，当视觉监测装置观察原料中的未熔原料的线性尺寸为150mm～200mm时，关闭所述底加热器，控制所述主加热器继续加热；

S3、熔接：当温度监测装置监测到熔体液温达到预设熔接温度时，插入籽晶，调整主加热器功率，直至所述视觉监测装置获取的熔接光圈的直径变化在0.7mm～1.0mm之间，使所述籽晶和熔体充分熔接；

S4、降功率：控制所述主加热器调整至引晶功率，并进行稳温，直至视觉监测装置监测到熔接光圈的棱线出点个数等于32个；

S5、引晶；

S6、放肩。

优选地，所述放肩的提拉速度为0.9mm/min～1.1mm/min。

优选地，所述引晶的平均拉速为4mm/min～5mm/min，引晶长度260mm。

本申请还公开了一种基于上述引晶放肩工艺的断线分析方法，包括如下步骤:

S10、获取底加热器的实际加热时长、初始加热时长、降功率时的熔接光圈图像、引晶开始时的熔接光圈图像、引晶平均拉速和提拉速度，并建立数据库；

S20、在存在断线现象的情况下，基于所述数据库和预设条件，

若存在异常项，分析梳理异常项，从而获得所述断线现象对应的多个原因，并按照预设的优先级顺序输出断线原因；

若不存在异常项，则输出断线异常提示；

其中，所述优先级顺序配置为：

若底加热器的实际加热时长＞初始加热时长时，生成第一断线原因，并将所述第一断线原因的优先级设置为1，该优先级最高；

若降功率时的熔接光圈的直径变化不在0.7mm～1.0mm之间时，生成第二断线原因，并将所述第二断线原因的优先级设置为2；

若引晶时的熔接光圈的棱线出点个数＜32个时，生成第三断线原因，并将所述第三断线原因的优先级设置为3；

若引晶平均拉速不在4mm/min～5mm/min时，生成第四断线原因，并将所述第四断线原因的优先级设置为4；

若引晶平均拉速在4mm/min～5mm/min，提拉速度不在0.9mm/min～1.1mm/min时，生成第五断线原因，并将所述第五断线原因的优先级设置为5。

优选地，所述步骤S10还包括：获取引晶开始前和引晶结束后的液温偏差。

优选地，所述若底加热器的实际加热时长＞初始加热时长时，生成第一断线原因还包括：

若底加热器的实际加热时长＞初始加热时长且液温偏差＞0.5时，生成第一断线原因。

优选地，所述若引晶时的熔接光圈的棱线出点个数＜32个时，生成第三断线原因还包括：

若引晶时的熔接光圈的棱线出点个数＜32个或液温偏差＞1时，生成第三断线原因。

一种计算机可读介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，所述计算机指令被执行时可实现上述断线分析方法的步骤。

一种终端，包括存储器和处理器，其特征在于，包括所述存储器上存储有能够在处理器上运行的计算机指令；所述处理器运行所述计算机指令时执行上述断线分析方法的步骤。

一种单晶炉，其特征在于，包括炉体、主加热器、底加热器、CCD视觉系统和控制系统；其中，所述CCD视觉系统用于采集炉体内的熔料状态图像、籽晶熔接图像和液面温度；所述控制系统通过上述任一项所述的断线分析方法进行断线分析。

通过以上说明可知，本申请的有益效果是：

通过本申请的引晶放肩工艺，为拉晶过程中晶棒的稳定成型提供了依据，从而可避免断线，保证拉晶的稳定进行。同时，基于该工艺，采用本申请的断线分析方法，可快速找到断线原因，为重新拉晶提供了参考，从而减少断线率，保证拉晶产能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的引晶放肩工艺的流程示意图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

应当理解，本说明书中所使用的“系统”、“装置”、“单元”、“终端”、和/或“模组”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换所述词语。

本说明书中使用了流程图用来说明根据本说明书的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

本发明实施例公开了一种引晶放肩工艺，如附图1所示，包括如下步骤：

S1、熔料：加料完成后，根据预设的加热功率，确定单晶炉的主加热器和底加热器的初始加热时长。

在实际过过程中，确定初始加热时长的具体过程如下：基于能量守恒定律，主加热器和底加热器产生的热量Q

S2、关底加热器：在该初始加热时长内，当单晶炉的视觉监测装置观察到原料中的未熔原料的线性尺寸为150mm～200mm时，关闭所述底加热器，并控制主加热器继续加热，以方便后续视觉监测装置获取全熔状态的表征图像，避免熔料状态变化过快，影响后续工序。与人工判断相比，本申请通过视觉监测装置实时监测未熔原料的尺寸，并以此为依据判断关闭底加热器，时机更加准确。

S3、熔接：当单晶炉的温度监测装置监测到熔体液温达到预设熔接温度时，插入籽晶，籽晶和熔体液面形成熔接光圈，调整主加热器功率，直至视觉监测装置获取的熔接光圈的直径变化在0.7mm～1.0mm之间，即标志着籽晶和熔体已充分熔接。

其中，主加热功率的调整过程的具体过程如下：若视觉监测装置检测到熔接光圈的直径变化＞1.0mm，则体现为熔接液面温度值偏低，结晶速度过快，需升高主加热功率；若视觉监测装置检测到熔接光圈的直径变化＜0.7mm，则体现为熔接液面温度值偏高，结晶速度慢，需降低主加热功率。

与人工判断相比，通过温度监测装置检测到熔体液温达到预设的熔接温度时，下降籽晶和熔体液面接触，通过视觉监测装置获取籽晶和熔体液面接触时产生的熔接光圈图像，并检测熔接光圈的直径变化是否在0.7mm～1.0mm之间，以此为依据调整主加热的功率，以使籽晶在固液界面形成合适的热分布环境，从而提高籽晶熔接的成功率。

S4、降功率：控制主加热器调整至引晶功率，并进行稳温，直至熔接光圈的棱线出点个数等于32个。

在实际过程中，控制主加热调整至引晶功率的具体过程如下：当籽晶熔接成功后，获取熔体液面温度值，根据熔体液面温度值和引晶液面温度值的差值调整主加热功率，并通过视觉监测装置获取熔接光圈图像，检测熔接光圈的棱线出点个数，当棱线出点个数等于32个时，即标志着熔体液面温度达到引晶温度值，以提高调温的准确性，提高成晶率。

S5、引晶：根据预设的平均拉速和引晶长度进行引晶操作。在本实施例中，平均拉速为4mm/min～5mm/min，引晶长度260mm。

S6、放肩：根据预设的放肩提拉速度和放肩长度进行放肩。在本实施例中，提拉速度为0.9mm/min～1.1mm/min。

实施例2

基于上述引晶放肩工艺，本实施例还公开了一种断线分析方法，包括如下步骤：

S10、获取底加热器的实际加热时长、初始加热时长、降功率时的熔接光圈图像、引晶开始时的熔接光圈图像、引晶平均拉速、提拉速度及引晶开始前和引晶结束后的液温偏差，并建立数据库。

S20、在存在断线现象的情况下，基于所述数据库和预设条件，若存在异常项，分析梳理异常项，从而获得断线现象对应的多个原因，并按照预设的优先级顺序输出断线原因；若不存在异常项，则输出断线异常提示。

其中，所述优先级顺序配置为：

若底加热器的实际加热时长＞初始加热时长且液温偏差＞0.5℃时，生成第一断线原因，并将所述第一断线原因的优先级设置为1，该优先级最高。

若所述熔接光圈的直径变化不在0.7mm～1.0mm之间时，生成第二断线原因，并将所述第二断线原因的优先级设置为2。

若所述熔接光圈的棱线出点个数＜32个或液温偏差＞1℃时，生成第三断线原因，并将所述第三断线原因的优先级设置为3。

若引晶平均拉速不在4mm/min～5mm/min时，生成第四断线原因，并将所述第四断线原因的优先级设置为4。

若引晶平均拉速在4mm/min～5mm/min，提拉速度不在0.9mm/min～1.1mm/min时，生成第五断线原因，并将所述第五断线原因的优先级设置为5。

通过上述方法可快速找到断线原因，从而为重新拉晶提供了依据，有利于减少断线率，保证拉晶产能。

实施例3

本申请还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行实施例2所述断线分析方法的步骤。其中，所述断线分析方法请参见前述实施例2的详细介绍，此处不再赘述。

实施例4

本发明还公开了一种终端，包括存储器和处理器，所述存储器上储存有能够在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行前述实施例2所述断线分析方法的步骤。其中，所述断线分析方法的步骤请参见前述实施例2的详细介绍，此处不再赘述。

实施例5

本发明还公开了一种单晶炉，具有炉体、主加热器、底加热器、CCD视觉系统和控制系统。

其中，CCD视觉系统通过CCD相机采集炉体内的熔料状态图像、籽晶熔接图像和液面温度。控制系统用于主加热器、底加热器的控制及熔料状态图像、籽晶熔接图像的处理，并通过前述实施例2所述断线分析方法的步骤进行断线分析，以快速找到断线原因，保证拉晶产能。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。