[发明专利]直拉法生长硅单晶过程中测量晶体直径的方法

说明书

本发明涉及单晶硅生产技术，特别涉及直拉法生长硅单晶过程中测量晶体直径的方法。包括以下步骤：(1)设置CCD摄像机，根据原始热场设计获得参照物直径Ф₁，晶体实际直径，记为Ф；(2)晶体实际生长过程中，CCD摄像机计算得到图像中参照物直径记为φ1，参照物在硅熔体表面的倒影直径φ2，晶体与液面交界面图像，将此时晶体直径记为φ；(3)CCD捕捉到图像中参照物在液面垂直投影直径可近似计算φ₃＝(φ₁+φ₂)/2，直径Ф₁＝Ф₃，图像中φ/φ₃＝Ф/Ф₃＝Ф/Ф₁，即Ф＝Ф₁×(φ/φ₃)＝Ф₁×[2φ/(φ₁+φ₂)]。本发明装置最终实现准确测量晶体直径和实时测量，从而提高晶体直径控制精度和工艺稳定性。

技术领域

本发明涉及单晶硅生产技术，特别涉及直拉法生长硅单晶过程中测量晶体直径的方法。

背景技术

在直拉法生长硅单晶过程中，为控制产品质量需要经常对从硅熔体生长出来的晶体直径进行校准。通常采用的测量晶体直径的方法是，使用望远镜与卡尺组合而成的测径仪。在将测径仪固定在炉体上的观察窗上后，操作人员将望远镜中的标尺首先对准晶体一侧边缘并读数，然后横向移动望远镜直到标尺对准晶体另一侧边缘，再次读数，两次读数的差值即为晶体直径。但是，该方法受操作人员主观影响和标尺本身误差影响，测量出的单晶直径存在误差，且不能对晶体直径进行实时测量，无法为单晶生产提供实时控制依据。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种直拉法生长硅单晶过程中测量晶体直径的方法。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种直拉法生长硅单晶过程中测量晶体直径的方法，包括以下步骤：

(1)在直拉法生长硅单晶炉的观察窗外设置CCD摄像机，CCD摄像机通过信号线与计算机相连，CCD摄像机可将拍摄到的参照物及硅熔体表面的图像信号传送至计算机，并进行数据转换和图像测量；其中，根据原始热场设计获得参照物直径Ф₁，晶体实际直径，记为Ф；

(2)晶体实际生长过程中，CCD摄像机拍摄硅单晶生长过程中某一时刻的图像后，计算得到图像中参照物直径记为φ1，参照物在硅熔体表面的倒影直径φ2，晶体与液面交界面图像，该交界面直径等于晶体直径，将此时晶体直径记为φ；

(3)CCD捕捉到图像中参照物在液面垂直投影直径可近似计算φ₃＝(φ₁+φ₂)/2，φ₃与晶体与熔体交界位置光圈位于同一平面，参照物在液面投影实际直径等于参照物直径Ф₁＝Ф₃，因此图像中φ/φ₃＝Ф/Ф₃＝Ф/Ф₁，即Ф＝Ф₁×(φ/φ₃)＝Ф₁×[2φ/(φ₁+φ₂)]。

作为一种改进，参照物为导流筒。

发明原理描述：

本发明中，导流筒下沿直径Ф₁为已知参数，通过对测量图像中相关尺寸与晶体尺寸对应关系，可换算出晶体直径。

1、数据准备