用于将籽晶旋转杆与坩埚旋转基座对中的方法及系统与流程

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种用于将拉晶炉中的籽晶旋转杆与坩埚旋转基座对中的方法及装置。

背景技术：

单晶硅是大多数半导体元器件的基底材料，其中绝大多数的单晶硅都是通过直拉法制成的。在该方法中，通过将固态的多晶硅硅料放置在石英坩埚内并对石英坩埚进行加热使其中的多晶硅硅料融化，在直拉单晶过程中，首先通过籽晶杆使籽晶和熔融硅接触，使固液界面处的熔硅沿着籽晶冷却结晶，并借助籽晶杆缓慢拉出籽晶而生长，缩颈完成之后通过降低籽晶杆的拉速和/或熔体温度来放大晶体生长直径直至达到目标直径；转肩之后，通过控制籽晶杆的拉速和熔体温度使晶体生长进入“等径生长”阶段；最后，通过增大籽晶杆的拉速和提高熔体温度使晶体生长面的直径逐步减小形成尾锥，直至最后晶体离开熔体表面，即完成了单晶硅棒的生长。

在上述过程中，坩埚居中地固定至坩埚旋转基座，籽晶居中地固定至籽晶旋转杆，坩埚以及容纳在坩埚中的熔融硅会随坩埚旋转基座一起沿第一旋转方向绕第一旋转轴线旋转，籽晶会随籽晶杆一起沿与第一旋转方向相反的第二旋转方向绕第二旋转轴线旋转。为了确保单晶硅棒的生长质量，在引晶过程中，对籽晶中心度的要求很高，也就是说籽晶在旋转或位移过程中应处于坩埚中心，否则在引晶过程中会导致生长界面不均匀，会造成后期生长的单晶硅棒的质量下降，甚至造成长晶的失败。因此，直拉法形成单晶硅棒的关键步骤之一是保证坩埚旋转基座的第一旋转轴线与籽晶旋转杆的第二旋转轴线同轴，以确保拉晶阶段籽晶在旋转或位移过程中始终处于坩埚中心。

目前拉晶炉仅在最初设备设立的阶段对籽晶旋转杆和坩埚旋转基座进行旋转轴线的对位调整，在设备设立完成之后的长期使用过程中，不会在继续进行精确调整，其原因在于在拉晶炉空烧之前，合炉后炉内形成密闭空间，从观察窗观察时可视范围有限并且炉内是黑暗的，无法进行对位调整，在拉晶炉装料之后，随着固态多晶硅的融化，炉内液面可以从观察窗观察到，而此时通常在籽晶杆上悬挂重锤并将重锤降至引晶位置，以通过观察窗粗略地进行评估和调整，误差较大。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明实施例期望提供一种用于将拉晶炉中的籽晶旋转杆与坩埚旋转基座对中的方法及系统，能够在每次拉晶炉生产前，在合炉后的黑暗环境中以便捷的方式完成以及确认籽晶旋转杆和坩埚旋转基座的精确对中，进而提高拉晶的品质。

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将拉晶炉中的籽晶旋转杆与坩埚旋转基座对中的方法，所述方法包括：

使设置在所述籽晶旋转杆上的第一激光器向下发射第一颜色的第一激光束，以在水平地设置在所述籽晶旋转杆与所述坩埚旋转基座之间的透明板上形成第一光斑；

使设置在所述坩埚旋转基座上的第二激光器向上发射第二颜色的第二激光束，以在所述透明板上形成第二光斑，其中，所述第一颜色和所述第二颜色能够在视觉上明显区分；

相应于所述第一激光器位于所述籽晶旋转杆的旋转中心处并且所述第一激光器沿竖直方向发射所述第一激光束以及所述第二激光器位于所述坩埚旋转基座的旋转中心处并且所述第二激光器沿竖直方向发射所述第二激光束，检测所述第一光斑是否与所述第二光斑重合；

若是，则确认所述籽晶旋转杆与所述坩埚旋转基座对中，若否，则调整所述籽晶旋转杆相对于所述坩埚旋转基座的位置，使得所述第一光斑与所述第二光斑重合。

第二方面，本发明实施例提供了一种用于将拉晶炉中的籽晶旋转杆与坩埚旋转基座对中的系统，所述系统包括：

设置在所述籽晶旋转杆上的第一激光器，配置为向下发射第一颜色的第一激光束；

设置在所述坩埚旋转基座上的第二激光器，配置为向上发射第二颜色的第二激光束，其中，所述第一颜色和所述第二颜色能够在视觉上明显区分；

水平地设置在所述籽晶旋转杆与所述坩埚旋转基座之间的透明板，其中，所述第一激光束在所述透明板上形成第一光斑，所述第二激光束在所述透明板上形成第二光斑；

检测单元；

确认单元；

第一调整单元，

其中，所述检测单元配置为相应于所述第一激光器位于所述籽晶旋转杆的旋转中心处并且所述第一激光器沿竖直方向发射所述第一激光束以及所述第二激光器位于所述坩埚旋转基座的旋转中心处并且所述第二激光器沿竖直方向发射所述第二激光束，检测所述第一光斑与所述第二光斑是否重合，

其中，所述确认单元配置为相应于所述检测单元检测到所述第一光斑与所述第二光斑重合，确认所述籽晶杆与所述坩埚旋转基座对中，

其中，所述调整单元配置为相应于所述检测单元检测到所述第一光斑与所述第二光斑不重合，调整所述籽晶旋转杆相对于所述坩埚旋转基座的位置，使得所述第一光斑与所述第二光斑重合。

本发明实施例提供了一种用于将拉晶炉中的籽晶旋转杆与坩埚旋转基座对中的方法及系统，通过使设置在籽晶旋转杆上的第一激光器发射的第一激光束和设置在坩埚旋转基座上的第二激光器发射的第二激光束在同一介质上形成光斑，并且使形成的光斑重合，实现了在每次拉晶炉生产前，在合炉后的黑暗环境中以便捷的方式完成以及确认籽晶旋转杆和坩埚旋转基座的精确对中，进而提高了拉晶的品质。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种用于将拉晶炉中的籽晶旋转杆与坩埚旋转基座对中的方法的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种用于将拉晶炉中的籽晶旋转杆与坩埚旋转基座对中的方法中涉及的相关部件的示意图；

图3为第一激光器没有沿竖直方向发射第一激光束时籽晶旋转杆与坩埚旋转基座对中情况的示意图；

图4为第一激光器没有沿竖直方向发射第一激光束时在透明板沿竖直方向移动的情况下在第一光斑在透明板上平移的示意图；

图5为第一激光器没有位于籽晶旋转杆的旋转中心处时籽晶旋转杆与坩埚旋转基座对中情况的示意图；

图6为第一激光器没有位于籽晶旋转杆的旋转中心处时在籽晶旋转杆绕旋转中心旋转的情况下第一光斑在透明板上沿圆周轨迹移动的示意图；

图7为本发明实施例提供的一种用于将拉晶炉中的籽晶旋转杆与坩埚旋转基座对中的系统的示意图；

图8为本发明实施例提供的另一种用于将拉晶炉中的籽晶旋转杆与坩埚旋转基座对中的系统的示意图；

图9为本发明实施例提供的另一种用于将拉晶炉中的籽晶旋转杆与坩埚旋转基座对中的系统的示意图。

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。

为了在每次拉晶炉生产前，在合炉后的黑暗环境中以便捷的方式完成以及确认籽晶旋转杆和坩埚旋转基座的精确对中，进而提高拉晶的品质，参见图1和图2，本发明实施例提供了一种用于将拉晶炉1中的籽晶旋转杆10与坩埚旋转基座20对中的方法，所述方法可以包括：

s101：使设置在所述籽晶旋转杆10上的第一激光器100向下发射第一颜色的第一激光束l1，以在水平地设置在所述籽晶旋转杆10与所述坩埚旋转基座20之间的透明板300上形成第一光斑ls1；

s102：使设置在所述坩埚旋转基座上的第二激光器200向上发射第二颜色的第二激光束l2，以在所述透明板300上形成第二光斑ls2，其中，所述第一颜色和所述第二颜色能够在视觉上明显区分；

s103：相应于如在图2中示出的所述第一激光器100位于所述籽晶旋转杆10的旋转中心o1处并且所述第一激光器100沿竖直方向发射所述第一激光束l1以及所述第二激光器200位于所述坩埚旋转基座200的旋转中心o2处并且所述第二激光器200沿竖直方向发射所述第二激光束l2，检测所述第一光斑ls1是否与所述第二光斑ls2重合；

s104：若是，如在图2中通过虚线示出的籽晶旋转杆10的情况，则确认所述籽晶旋转杆10与所述坩埚旋转基座20对中，若否，如在图2中通过实线示出的籽晶旋转杆10的情况，由于坩埚旋转基座20的位置在拉晶炉1设立之后通常是无法改变的，因此则调整所述籽晶旋转杆10相对于所述坩埚旋转基座20的位置，使得所述第一光斑ls1与所述第二光斑ls2重合，例如在图2中示出的第一光斑ls1相对于第二光斑ls2向右偏移的情况下，可以将籽晶旋转杆10相对于坩埚旋转基座20向左移动以实现调整，其中，图2中通过箭头示出了籽晶旋转杆10从实线位置向左调整到了虚线位置。

在上述方法中，透明板300可以例如如图2中示出的水平地放置在拉晶炉1的坩埚加热器40上，也可以通过拉晶炉1的其他部件或者额外的部件进行设置，本发明并不对此进行限制，其中，透明板300例如可以为玻璃板。

通过上述方法，即使在合炉后的黑暗环境中，也能够从拉晶炉1的外部观察到第一光斑ls1与第二光斑ls2之间的相对位置关系，因此，能够根据第一光斑ls1相对于第二光斑ls2的偏离方向相应地对籽晶旋转杆10的位置进行调整，从而完成或确认了籽晶旋转杆10和坩埚旋转基座20的精确对中。之后，可以将坩埚居中地固定至坩埚旋转基座20，籽晶居中地固定至籽晶旋转杆10，从而实现在随后拉晶阶段籽晶在旋转或位移过程中始终处于坩埚中心，因此能够使得引晶过程中生长界面均匀，并保证后期生长的单晶硅棒的质量，避免长晶的失败。

参考图3，可以理解的是，在第一激光器100没有沿竖直方向发射第一激光束l1的情况下，如图3中示出的第一激光束l1与竖直方向之间存在夹角α，即使第一光斑ls1与第二光斑ls2重合，也不会实现籽晶旋转杆10与坩埚旋转基座20之间的对中，如图3中示出的籽晶旋转杆10相对于坩埚旋转基座20偏移了距离d1。

另一方面，在第一激光器100没有沿竖直方向发射第一激光束l1的情况下，当透明板300沿竖直方向移动时，如图4中用箭头示出的从下到上移动时，第一光斑ls1会在透明板300上平移，如图4中用箭头示出的从右到左平移。

另外尽管在附图中未示出但根据图4可以理解的是，在第一激光器100沿竖直方向发射第一激光束l1的情况下，当透明板300沿竖直方向移动时，第一光斑ls1不会在透明板300上平移。

基于此，为了使第一激光器100沿竖直方向发射第一激光束l1，在本发明的优选实施例中，所述方法还可以包括：

使所述透明板300沿竖直方向移动；

检测所述第一光斑ls1是否在所述透明板300上平移；

若是，则调整所述第一激光器100发射所述第一激光束l1的方向使得所述第一光斑ls1不在所述透明板300上平移，例如在图4中示出的第一光斑ls1从右到左平移的情况下，可以表明第一激光束l1相对于竖直方向向右发生了偏转，因此可以使第一激光束l1向左偏转以实现调整，若否，则确认所述第一激光器100沿竖直方向发射所述第一激光束l1。

参见图5，可以理解的是，即使第一激光器100沿竖直方向发射第一激光束l1，但如果第一激光器100没有位于籽晶旋转杆10的旋转中心o1处，如图5中示出的第一激光器100相对于籽晶旋转杆10的旋转中心o1偏移了距离d2，即使第一光斑ls1与第二光斑ls2重合，也不会实现籽晶旋转杆10与坩埚旋转基座20之间的对中，如图5中示出的籽晶旋转杆10相对于坩埚旋转基座20也会偏移距离d2。

另一方面，在第一激光器100没有位于籽晶旋转杆10的旋转中心o1处的情况下，当籽晶旋转杆10绕旋转中心o1旋转时，如图6中用箭头示出的，第一光斑ls1会在透明板300上沿圆周轨迹移动，如图6中示出的沿圆周轨迹ct移动。

另外尽管在附图中未示出但根据图6可以理解的是，在如前所述的第一激光器100沿竖直方向发射第一激光束l1并且第一激光器100位于籽晶旋转杆10的旋转中心o1处的情况下，如在图6中通过虚线示出的，当籽晶旋转杆10绕旋转中心o1旋转时，第一光斑ls1不会在透明板300上沿圆周轨迹移动。

基于此，为了使第一激光器100沿竖直方向发射第一激光束l1的同时使第一激光器100位于籽晶旋转杆10的旋转中心o1处，在本发明的优选实施例中，所述方法还可以包括：

当所述籽晶旋转杆10旋转时检测所述第一光斑ls1是否在所述透明板300上沿圆周轨迹移动；

若是，则调整所述第一激光器100在所述籽晶旋转杆10上的位置使得所述第一光斑ls1不在所述透明板300上沿圆周轨迹移动，例如可以通过图6中示出的圆周轨迹ct的圆心所在位置确定出籽晶旋转杆10的旋转中心o1所在位置，并将第一激光器100朝向该位置移动以实现调整，若否，则确认所述第一激光器100位于所述籽晶旋转杆10的旋转中心o1处。

同样可以理解的是，与图3中示出的情况类似地，在第二激光器200没有沿竖直方向发射第二激光束l2的情况下，即使第一光斑ls1与第二光斑ls2重合，也不会实现籽晶旋转杆10与坩埚旋转基座20之间的对中。

另一方面，与图4中示出的情况类似地，在第二激光器200没有沿竖直方向发射第二激光束l2的情况下，当透明板300沿竖直方向移动时，第二光斑ls2会在透明板300上平移。

另外可以理解的是，在第二激光器200沿竖直方向发射第二激光束l2的情况下，当透明板300沿竖直方向移动时，第二光斑ls2不会在透明板300上平移。

基于此，为了使第二激光器200沿竖直方向发射第一激光束l2，在本发明的优选实施例中，所述方法还可以包括：

使所述透明板300沿竖直方向移动；

检测所述第二光斑ls2是否在所述透明板300上平移；

若是，则调整所述第二激光器200发射所述第二激光束l2的方向使得所述第二光斑ls2不在所述透明板300上平移，若否，则确认所述第二激光器200沿竖直方向发射所述第二激光束l2。

同样可以理解的是，与图5中示出的情况类似，即使第二激光器200沿竖直方向发射第二激光束l2，但如果第二激光器200没有位于坩埚旋转基座20的旋转中心o2处，即使第一光斑ls1与第二光斑ls2重合，也不会实现籽晶旋转杆10与坩埚旋转基座20之间的对中。

另一方面，与图6中示出的情况类似，在第二激光器200没有位于坩埚旋转基座20的旋转中心o2处的情况下，当坩埚旋转基座20绕旋转中心o2旋转时，第二光斑ls2会在透明板300上沿圆周轨迹移动。

另外可以理解的是，在如前所述的第二激光器200沿竖直方向发射第二激光束l2并且第二激光器200位于坩埚旋转基座20的旋转中心o2处的情况下，当坩埚旋转基座20绕旋转中心o2旋转时，第二光斑ls2不会在透明板300上沿圆周轨迹移动。

基于此，为了使第二激光器200沿竖直方向发射第二激光束l2的同时使第二激光器200位于坩埚旋转基座20的旋转中心o2处，在本发明的优选实施例中，所述方法还可以包括：

当所述坩埚旋转基座20旋转时检测所述第二光斑ls2是否在所述透明板300上沿圆周轨迹移动；

若是，则调整所述第二激光器200在所述坩埚旋转基座20上的位置使得所述第二光斑ls2不在所述透明板300上沿圆周轨迹移动，若否，则确认所述第二激光器200位于所述坩埚旋转基座20的旋转中心o2处。

参见图2和图7，本发明实施例还提供了一种用于将拉晶炉1中的籽晶旋转杆10与坩埚旋转基座20对中的系统sy，所述系统sy可以包括：

设置在所述籽晶旋转杆10上的第一激光器100，配置为向下发射第一颜色的第一激光束l1；

设置在所述坩埚旋转基座20上的第二激光器200，配置为向上发射第二颜色的第二激光束l2，其中，所述第一颜色和所述第二颜色能够在视觉上明显区分；

水平地设置在所述籽晶旋转杆10与所述坩埚旋转基座20之间的透明板300，其中，所述第一激光束l1在所述透明板300上形成第一光斑ls1，所述第二激光束l2在所述透明板300上形成第二光斑ls2；

检测单元400；

确认单元500；

第一调整单元600，

其中，所述检测单元400配置为相应于所述第一激光器100位于所述籽晶旋转杆10的旋转中心o1处并且所述第一激光器100沿竖直方向发射所述第一激光束l1以及所述第二激光器200位于所述坩埚旋转基座20的旋转中心o2处并且所述第二激光器200沿竖直方向发射所述第二激光束l2，检测所述第一光斑ls1与所述第二光斑ls2是否重合，

其中，所述确认单元500配置为相应于所述检测单元400检测到所述第一光斑ls1与所述第二光斑ls2重合，确认所述籽晶杆与所述坩埚旋转基座20对中，

其中，所述调整单元配置为相应于所述检测单元400检测到所述第一光斑ls1与所述第二光斑ls2不重合，调整所述籽晶旋转杆10相对于所述坩埚旋转基座20的位置，使得所述第一光斑ls1与所述第二光斑ls2重合。

为了使第一激光器100沿竖直方向发射第一激光束l1，参见图8，在本发明的优选实施例中，所述系统sy还可以包括：

移动单元700；

第二调整单元800；

所述移动单元700配置为使所述透明板300沿竖直方向移动；

所述检测单元400还配置为检测所述第一光斑ls1是否在所述透明板300上平移；

所述第二调整单元800配置为相应于所述检测单元400检测到所述第一光斑ls1在所述透明板300上平移，调整所述第一激光器100发射所述第一激光束l1的方向使得所述第一光斑ls1不在所述透明板300上平移；

所述确认单元500还配置为相应于所述检测单元400检测到所述第一光斑ls1不在所述透明板300上平移，确认所述第一激光器100沿竖直方向发射所述第一激光束l1。

为了使第一激光器100沿竖直方向发射第一激光束l1的同时使第一激光器100位于籽晶旋转杆10的旋转中心o1处，同样参见图8，在本发明的优选实施例中，所述系统sy还可以包括：

第三调整单元900；

其中，所述检测单元400还配置为当所述籽晶旋转杆10旋转时检测所述第一光斑ls1是否在所述透明板300上沿圆周轨迹移动，

其中，所述第三调整单元900配置为相应于所述检测单元400检测到所述第一光斑ls1在所述透明板300上沿圆周轨迹移动，调整所述第一激光器100在所述籽晶旋转杆10上的位置使得所述第一光斑ls1不在所述透明板300上沿圆周轨迹移动，

其中，所述确认单元500还配置为相应于所述检测单元400检测到所述第一光斑ls1不在所述透明板300上沿圆周轨迹移动，确认所述第一激光器100位于所述籽晶旋转杆10的旋转中心o1处。

为了使第二激光器200沿竖直方向发射第一激光束l2，参见图9，在本发明的优选实施例中，所述系统sy还可以包括：

移动单元700；

第四调整单元1000；

所述移动单元700配置为使所述透明板300沿竖直方向移动；

所述检测单元400还配置为检测所述第二光斑ls2是否在所述透明板300上平移；

所述第四调整单元1000配置为相应于所述检测单元400检测到所述第二光斑ls2在所述透明板300上平移，调整所述第二激光器200发射所述第二激光束l2的方向使得所述第二光斑ls2不在所述透明板300上平移；

所述确认单元500还配置为相应于所述检测单元400检测到所述第二光斑ls2不在所述透明板300上平移，确认所述第二激光器200沿竖直方向发射所述第二激光束l2。

为了使第二激光器200沿竖直方向发射第二激光束l2的同时使第二激光器200位于坩埚旋转基座20的旋转中心o2处，同样参见图9，在本发明的优选实施例中，所述系统sy还可以包括：

第五调整单元1100；

其中，所述检测单元400还配置为当所述坩埚旋转基座20旋转时检测所述第二光斑ls2是否在所述透明板300上沿圆周轨迹移动，

其中，所述第五调整单元1100配置为相应于所述检测单元400检测到所述第二光斑ls2在所述透明板300上沿圆周轨迹移动，调整所述第二激光器200在所述坩埚旋转基座20上的位置使得所述第二光斑ls2不在所述透明板300上沿圆周轨迹移动，

其中，所述确认单元500还配置为相应于所述检测单元400检测到所述第二光斑ls2不在所述透明板300上沿圆周轨迹移动，确认所述第二激光器200位于所述坩埚旋转基座20的旋转中心o2处。

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。

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