[发明专利]一种直拉式单晶硅生产方法和装置及系统

说明书

本发明公开了一种直拉式单晶硅生产方法和装置及系统，属于直拉式单晶硅生产领域，通过获取导流筒出口包括液面和倒影的图像，实时调整坩埚和导流筒间的距离，使熔融硅液面与导流筒间距离不变。本发明使用图像测距的方案，无需使用硬件传感器，成本较低。同时能保证相应方法在不同设备条件下均能完成对距离的测量，无须对每个设备都进行精细校准调试。

技术领域

本发明涉及直拉式单晶硅生产技术，特别地，涉及一种直拉式单晶硅生产方法和装置及系统。

背景技术

直拉法生产过程中，首先多晶硅原料被放入石英坩埚中加热至熔融状态，液面上方通过提拉索悬吊一根通过化学蚀刻制作的单晶硅籽晶，籽晶下降至与液面接触，当温度合适时，籽晶与熔体达到热平衡，液面会在表面张力的支撑下，吸附在籽晶下方；籽晶旋转并缓慢向上提升，吸附熔体也会随之向上运动，从而形成过冷状态，具有过冷态的硅原子会顺着籽晶的排列结构在固液交界面上形成规则的结晶体。若整个生长环境稳定，就可以周而复始地在之前形成的单晶体上继续结晶，最终形成一根圆柱形的硅单晶体。

同时，在生产过程中，工艺气体氩气从单晶硅生长炉顶部充入，为了保证单晶硅的稳定快速生长和挥发物质的及时排出，在坩埚上方安装有导流筒，氩气经过导流筒和保温罩的内壁，再通过真空泵从生长炉下部抽气口排出。生产中随着晶棒的不断提拉生长，坩埚中硅液的质量会逐渐减少，为了保证液面始终与晶体接触，坩埚也会随之上升，此时，为了避免导流筒接触到高温液面，同时也要保证气体流动的稳定，导流筒与液面的相对高度须保持一致，因此需要对导流筒与液面的距离进行测量，并通过PID控制二者距离保持恒定。由于实际生产环境温度极高，无法使用接触式方法对该距离进行测量。目前使用的非接触测量方法有超声波测距和激光测距，对于当前场景来说，这两种方式需要精细校准测距模块角度等参数，且方案成本极高。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种直拉式单晶硅生产方法和装置及系统，以解决在测量导流筒与液面的相对高度时需要精细校准测距模块角度等参数，且方案成本极高的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

第一方面，

一种直拉式单晶硅生产方法，包括以下步骤：

获取导流筒出口的图像，所述图像包括导流筒出口处的液面以及导流筒在液面上的倒影；

根据所述图像实时调整坩埚和所述导流筒间的距离，以使熔融硅液面与导流筒间距离不变。

进一步地，所述根据所述图像实时调整坩埚和所述导流筒间的距离包括：

处理所述图像；

根据处理后的图像得到图像中所述倒影与所述导流筒出口的距离；

根据图像中所述倒影与所述导流筒出口的距离调整所述坩埚和所述导流筒间的当前距离使熔融硅液面与导流筒间距离不变。

进一步地，所述处理所述图像包括：

筛选所述图像的有效区域；

将筛选后的图像分别进行二次分割处理和横向差分处理；

将二次分割处理后得到图像与横向差分处理得到的图像进行逻辑与操作，得到最终的图像。

进一步地，所述筛选所述图像的有效区域采用阈值法进行筛选，阈值化的过程如下：

其中，I_X,Y代表图像，I_x,y是图像中的每个像素，T为阈值。

进一步地，筛选后图像变为黑白两色的图像，所述将筛选后的图像进行二次分割处理包括：

对图像白色区域内的像素进行统计；