一种检测熔体泄漏的方法、系统及存储介质与流程

[0001]
本发明实施例涉及单晶硅生产技术领域，尤其涉及一种检测熔体泄漏的方法、系统及存储介质。


背景技术：

[0002]
目前，广泛采用切克劳斯基(czochralski)法，又或被称之为直拉法制造单晶硅。通过实施该方法以制造单晶硅的过程中，较易在某些阶段出现导致石英坩埚产生裂纹的现象，比如在熔化多晶硅阶段，伴随着硅料熔化，多晶硅较易由于向下凹陷而出现侧倾塌陷的现象，该现象会对石英坩埚造成冲击以使得石英坩埚产生裂纹；又比如在硅棒生长过程中，可能会因为控制失误导致硅棒发生晃动进而造成硅棒坠落，或者在熔体表面由于发生结冰现象(即变薄固体化的现象)而导致硅棒坠落，坠落的硅棒同样会对石英坩埚产生冲击，进而导致石英坩埚出现裂纹。
[0003]
石英坩埚出现裂纹后，坩埚内的熔体会通过裂纹向外泄漏，进而对拉晶炉设备中的底部、隔热材料、排气口管道以及石英坩埚机械控制或操控部分造成严重损伤。基于此，需要在制造单晶硅的过程中对熔体泄漏进行检测，以便及时进行补救处理措施。


技术实现要素：

[0004]
有鉴于此，本发明实施例期望提供一种检测熔体泄漏的方法、系统及存储介质；能够在制造单晶硅的过程中对石英坩埚内的熔体泄漏状态进行检测，以便能够及时发现泄漏现象进行补救处理。
[0005]
本发明实施例的技术方案是这样实现的：
[0006]
第一方面，本发明实施例提供了一种检测熔体泄漏的方法，所述方法包括：
[0007]
在生产单晶硅硅棒的过程中，对拉晶炉内用于检测熔体泄漏的检测目标的状态参数进行检测；其中，所述目标的状态参数能够用于表征熔体泄漏现象发生与否；
[0008]
当检测到的状态参数发生变化时，判断所述状态参数的变化特征；
[0009]
相应于所述变化特征满足设定的判定准则，确定所述拉晶炉中的石英坩埚内的熔体发生泄漏现象。
[0010]
第二方面，本发明实施例提供了一种检测熔体泄漏的系统，所述系统包括：检测部分、判断部分和确定部分；其中，
[0011]
所述检测部分，经配置为在生产单晶硅硅棒的过程中，对拉晶炉内用于检测熔体泄漏的检测目标的状态参数进行检测；其中，所述目标的状态参数能够用于表征熔体泄漏现象发生与否；
[0012]
所述判断部分，经配置为当检测到的状态参数发生变化时，判断所述状态参数的变化特征；
[0013]
所述确定部分，经配置为相应于所述变化特征满足设定的判定准则，确定所述拉晶炉中的石英坩埚内的熔体发生泄漏现象。
[0014]
第三方面，本发明实施例提供了一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有检测熔体泄漏的程序，所述检测熔体泄漏的程序被至少一个处理器执行时实现第一方面所述检测熔体泄漏的方法步骤。
[0015]
本发明实施例提供了一种检测熔体泄漏的方法、系统及存储介质；通过在拉晶炉内选择特定的检测目标，并对该目标的状态参数进行监测；随后根据状态参数的变化特征按照设定的判定准则确定熔体是否有泄漏现象。能够简便地对石英坩埚内的熔体泄漏现象进行检测，以便能够及时发现泄漏现象进行补救处理。
附图说明
[0016]
图1为本发明实施例提供的一种拉晶炉的结构示意图；
[0017]
图2为本发明实施例提供的一种检测熔体泄漏的方法流程示意图；
[0018]
图3为本发明实施例提供的一种观测参考物的设置示意图；
[0019]
图4为本发明实施例提供的一种检测熔体泄漏的系统组成示意图；
[0020]
图5为本发明实施例提供的一种检测熔体泄漏的系统的具体结构示意图；
[0021]
图6为本发明实施例提供的一种可编程逻辑控制器(plc，programmable logic controller)梯形图。
具体实施方式
[0022]
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。
[0023]
参见图1，其示出了目前利用直拉法制造单晶硅所使用的拉晶炉1的结构示意图，在图1所示的拉晶炉1中，至少可以包括：炉体10、导流筒11、盛放的多晶硅原料的石英坩埚12以及用于驱动石英坩埚12移动以及旋转的机械部件13，此外，还可以包括用于加热多晶硅原料以形成熔体2的加热器14、设置于炉体10底端的底部隔热材料15和排气口管道16，其中，排气口管道16的排气方向如图1中箭头所示；需要说明的是，图1所示的单晶炉1结构并非具体限定，为了清楚地阐述本发明实施例的技术方案从而省略地没有为拉晶炉1的其他部件进行标记，比如加热器14周围设置有如交叉填充块所示的中部隔热材料等。
[0024]
通过图1所示的拉晶炉1生产单晶硅的过程，可以包括在石英坩埚12内通过导流筒11装入多晶硅原料；随后通过加热器14对石英坩埚12内的多晶硅原料2进行加热以熔化多晶硅原料形成熔体；待熔体2温度稳定时，接着通过籽晶与熔体相接触的方式生长成为单晶硅硅棒。对于上述过程，在多晶硅原料进行熔化的过程中，多晶硅原料可能会随着熔化向下凹陷而发生侧倾塌陷现象，此时，塌陷的多晶硅原料会对石英坩埚12造成冲击，从而在石英坩埚12底部产生裂纹；此外，在生长单晶硅硅棒的过程中，如果硅棒由于操作不慎等外部原因发生剧烈晃动，或者在熔体表面发生变薄固体化的结冰现象，都可能导致硅棒坠落，从而对石英坩埚12造成冲击以产生裂缝，继续参照图1所示，这些裂缝最终会导致石英坩埚12内部的熔体2从中泄漏流出。泄漏出来的高温熔体会对拉晶炉1内的部件产生严重的损伤，比如对图1中处于石英坩埚12下方的炉体10底端、底部隔热材料15和排气口管道16造成损伤。
[0025]
由于熔体温度较高，无法直接对石英坩埚12底部以及熔体2本身进行检测来获知是否出现裂缝或熔体泄露。因此，本发明实施例期望通过对拉晶炉内部的一些便于检测的
目标状态进行检测，基于检测得到的这些目标的状态参数来表征石英坩埚12是否出现裂缝或者溶体是否出现泄漏。
[0026]
基于以上阐述，参见图2，其示出了本发明实施例提供的一种检测熔体泄漏的方法，该方法可以应用于如图1所示的拉晶炉1，该方法可以包括：
[0027]
s21：在生产单晶硅硅棒的过程中，对拉晶炉内用于检测熔体泄漏的检测目标的状态参数进行检测；
[0028]
其中，所述目标的状态参数能够用于表征熔体泄漏现象发生与否；
[0029]
s22：当检测到的状态参数发生变化时，判断所述状态参数的变化特征；
[0030]
s23：相应于所述变化特征满足设定的判定准则，确定所述拉晶炉中的石英坩埚内的熔体发生泄漏现象。
[0031]
通过图2所示的技术方案，本发明实施例通过在拉晶炉内选择特定的检测目标，并对该目标的状态参数进行监测；随后根据状态参数的变化特征按照设定的判定准则确定熔体是否有泄漏现象。能够简便地对石英坩埚内的熔体泄漏现象进行检测，以便能够及时发现泄漏现象进行补救处理。
[0032]
对于图2所示的技术方案，可以通过检测拉晶炉1内目标部件的温度来判定是否发生熔体泄漏现象，此时，检测目标可以是拉晶炉1的一个特定的部件，且该部件的温度状态能够较容易地被检测到。在一些可能的实现方式中，所述对拉晶炉内用于检测熔体泄漏的检测目标的状态参数进行检测，包括：
[0033]
对拉晶炉内处于炉体以及排气口管道之间的连接部的温度进行检测。
[0034]
基于上述实现方式，在一些示例中，所述当检测到的状态参数发生变化时，判断所述状态参数的变化特征，包括：
[0035]
当所述连接部的温度发生变化时，根据设定的时间间隔获取温度变化速率。
[0036]
基于上述示例，优选地，所述相应于所述变化特征满足设定的判定准则，确定所述拉晶炉中的石英坩埚内的熔体发生泄漏现象，包括：
[0037]
相应于所述连接部的在所述时间间隔内的温度变化速率大于设定的变化速率阈值时，确定所述石英坩埚内的熔体发生泄漏现象，且熔体泄漏量处于第一等级；
[0038]
相应于所述连接部的在所述时间间隔内的温度变化速率小于设定的变化速率阈值时，确定所述石英坩埚内的熔体发生泄漏现象，且熔体泄漏量处于第二等级；其中，所述第一等级所表征的熔体泄漏量大于所述第二等级所表征的溶体泄漏量。
[0039]
对于上述实现方式及其示例，需要说明的是，当石英坩埚12内出现熔体2泄漏现象时，泄漏出来的熔体会沿着石英坩埚12底部裂缝流出并向下滴落，此时，高温熔体2会迅速提升拉晶炉1内石英坩埚12下方各部件(比如炉体10底端的底部隔热材料15和排气口管道16)的周围温度，而排气口管道16的大部分处于炉体10以外，其环境温度也远低于生产硅棒过程中炉体10内的温度，适于设置检测设备。所以，本发明实施例可以针对炉体10以及排气口管道16之间的连接部设置一温度传感器以检测该连接部的温度并获取温度变化速率。
[0040]
可以理解地，当石英坩埚12底部没有出现裂缝，或者没有出现熔体泄漏现象时，连接部的温度为加热器14对多晶硅原料进行加热熔化的温度，尽管此时连接部的温度较高，但是该温度会比较平稳，也就是说，在正常情况下，连接部的温度不会产生变化或者变化较为平缓以至于能够忽略该温度变化。但是，当石英坩埚12底部出现裂缝，或者出现熔体泄漏
现象时，熔体会沿着裂缝向下滴落至炉体10底部，同样也会滴落在连接部从而导致该连接部的温度迅速上升，也就是连接部的温度变化会较为急剧，温度变化速率较快；如果该种情况出现就可以认为溶体泄漏并滴落在连接部处。
[0041]
此外，对于泄漏的熔体，其泄漏量可以通过温度变化速率进行表征，举例来说，当熔体泄漏量越多，连接部的温度上升就越急剧；当熔体泄露量越少，连接部的温度上升就越平缓，急剧或平缓的程度均可以通过温度变化速率进行描述，即温度变化速率越大，温度上升越急剧，温度变化率越小，温度上升越平缓。基于此，本发明实施例可以设定一变化速率阈值来区分急剧和平缓。针对该阈值，若在一定的时间间隔内，连接部的温度变化速率大于该变化速率阈值，则不但能够确定发生了熔体泄漏现象，而且溶体泄漏量较多；若在一定的时间间隔内，连接部的温度变化速率小于该变化速率阈值，则能够确定发生了熔体泄漏现象，但是溶体泄漏量较少；对于溶体泄漏量的多与少，本发明实施例对此划分了第一等级和第二等级，也就是说，第一等级表示溶体泄漏量较多，第二等级表示熔体泄露量较少。
[0042]
熔体泄露现象可以通过除上述实现方式及其示例所阐述的对拉晶炉1内目标部件进行温度检测来实现以外，还可以通过对拉晶炉1内熔体2的相关状态进行检测来实现，而熔体2的液面高度则是一个较为便利就可检测得到的状态参数。基于此，在一些可能的实现方式中，所述对拉晶炉内用于检测熔体泄漏的检测目标的状态参数进行检测；包括：
[0043]
在所述拉晶炉内的导流筒下端设置一观测参考物；
[0044]
检测所述观测参考物与所述熔体液面之间的距离。
[0045]
对于上述实现方式，在一些示例中，当检测到的状态参数发生变化时，判断所述状态参数的变化特征，包括：
[0046]
当所述述观测参考物与所述熔体液面之间的距离发生变化时，根据设定的时间间隔获取距离变化速率。
[0047]
对于上述示例，优选地，相应于所述变化特征满足设定的判定准则，确定所述拉晶炉中的石英坩埚内的熔体发生泄漏现象，包括：
[0048]
当所述距离变化速率不处于稳定状态时，确定所述拉晶炉中的石英坩埚内的熔体发生泄漏现象。
[0049]
对于上述实现方式及其示例，需要说明的是，由于熔体温度较高，在测量其液面高度时，通常会在液面上方设置一观测参考物，举例来说，如图1所示在导流筒11下部或者如图3所示在拉晶炉1内熔体2上方的上部隔热材料下部设置一“l”型石英棒，其中石英棒的观测端低于导流筒11或者上部隔热材料的最低点，该观测端会在熔体液面上形成倒影，在一些具体实施方案中，可以通过检测观测端与其倒影之间的距离来表征观测参考物与所述熔体液面之间的距离，进而能够对熔体液面的高度进行描述。在硅棒生长过程中，正常情况下，籽晶提拉的速度基本是恒定的，也就可以视为匀速提拉，因此，在生长过程中尽管熔体液面高度会一直下降，但是下降速度同样也是近似于恒定的，也就是说，观测参考物与所述熔体液面之间的距离的变化是稳定的。但是，当石英坩埚12底部出现裂缝，或者出现熔体泄漏现象时，熔体会沿着裂缝向下滴落至炉体10底部，熔体液面会因为该滴落造成高度下降速度不恒定，从而引起观测参考物与所述熔体液面之间的距离的变化不稳定，因此，通过检测观测参考物与所述熔体液面之间的距离的变化速率是否稳定，就能够获知是否出现熔体泄漏现象。
[0050]
基于上述技术方案，在确定所述拉晶炉中的石英坩埚内的熔体发生泄漏现象之后，就需要及时针对该现象进行处理，基于此，所述方法还可以包括：开启液氮阀门从排气管出口向所述石英坩埚的方向排放液氮以通过冷却泄漏的熔体来降低由熔体泄漏所造成的设备损伤。可以理解地，通过排放液氮迅速冷却熔体，可以防止高温的泄漏熔体侵入石英坩埚12下方的部件而造成设备损伤或损坏。
[0051]
基于前述技术方案相同的发明构思，参见图4，其示出了本发明实施例提供的一种检测熔体泄漏的系统40，所述系统40可以应用于拉晶炉中，例如图1所示的拉晶炉1，该系统40可以包括：检测部分401、判断部分402和确定部分403；其中，
[0052]
所述检测部分401，经配置为在生产单晶硅硅棒的过程中，对拉晶炉内用于检测熔体泄漏的检测目标的状态参数进行检测；其中，所述目标的状态参数能够用于表征熔体泄漏现象发生与否；
[0053]
所述判断部分402，经配置为当检测到的状态参数发生变化时，判断所述状态参数的变化特征；
[0054]
所述确定部分403，经配置为相应于所述变化特征满足设定的判定准则，确定所述拉晶炉中的石英坩埚内的熔体发生泄漏现象。
[0055]
基于前述技术方案以及图4所示的系统40，可以通过检测拉晶炉1内目标部件的温度来判定是否发生熔体泄漏现象。基于此，如图5所示，所述检测部分401包括设置在炉体10以及排气口管道16之间的连接部的温度传感器，用于对拉晶炉内的所述连接部的温度进行检测。而判断部分以及确定部分403具体可以由能够进行信号处理以及传输指令的控制装置实现，比如：无线装置、移动或蜂窝电话(包含所谓的智能电话)、个人数字助理(pda)、控制台、计算机、上位机等，该控制装置可以与温度传感器相连接。
[0056]
具体来说，所述判断部分402，经配置为：
[0057]
当所述连接部的温度发生变化时，根据设定的时间间隔获取温度变化速率。
[0058]
具体来说，所述确定部分403，经配置为：
[0059]
相应于所述连接部的在所述时间间隔内的温度变化速率大于设定的变化速率阈值时，确定所述石英坩埚内的熔体发生泄漏现象，且熔体泄漏量处于第一等级；
[0060]
相应于所述连接部的在所述时间间隔内的温度变化速率小于设定的变化速率阈值时，确定所述石英坩埚内的熔体发生泄漏现象，且熔体泄漏量处于第二等级；其中，所述第一等级所表征的熔体泄漏量大于所述第二等级所表征的溶体泄漏量。
[0061]
可以理解地，对应于溶体泄漏量的等级，控制装置可以根据等级进行提示，如图5所示，控制装置可以与报警器相连，报警器可以包括三个指示灯，分别为绿色、黄色和红色，在图5中分别使用白色圆框、灰色圆框和黑色圆框表示。当控制装置确定没有发生熔体泄漏现象，则触发报警器中的绿色指示灯亮；当控制装置确定发生熔体泄漏现象但熔体泄漏量处于第二等级，则触发报警器中的黄色指示灯亮；当控制装置确定发生熔体泄漏现象但熔体泄漏量处于第一等级，则触发报警器中的红色指示灯亮；
[0062]
基于前述技术方案以及图4所示的系统40，可以通过对拉晶炉1内熔体2的液面高度进行检测来实现，基于此，检测部分401可以包括在熔体液面上方设置的一观测参考物，具体来说，可以是如图1所示在导流筒11下部或者如图3所示在拉晶炉1内熔体2上方的上部隔热材料下部设置一“l”型石英棒，其中石英棒的观测端低于导流筒11或者上部隔热材料
的最低点，该观测端会在熔体液面上形成倒影；此外，所述检测部分401还可以包括如图1所示设置于炉体10外部的ccd相机，通过设置在炉体10上部的观测窗检测所述观测参考物与所述熔体液面之间的距离。而判断部分以及确定部分403具体仍然可以由能够进行信号处理以及传输指令的控制装置实现，比如：无线装置、移动或蜂窝电话(包含所谓的智能电话)、个人数字助理(pda)、控制台、计算机、上位机等，与前述相类似的，如图5中虚线所示，该控制装置可以与ccd相机相连接。
[0063]
具体来说，所述判断部分402，经配置为：
[0064]
当所述述观测参考物与所述熔体液面之间的距离发生变化时，根据设定的时间间隔获取距离变化速率。
[0065]
具体来说，所述确定部分403，经配置为：
[0066]
当所述距离变化速率不处于稳定状态时，确定所述拉晶炉中的石英坩埚内的熔体发生泄漏现象。
[0067]
需要说明的是，在检测到熔体泄漏现象发生之后，还需要进行及时的补救处理，基于此，如图6所示，所述系统40还可以包括：液氮阀门404，经配置为相应于所述确定部分403确定所述拉晶炉中的石英坩埚内的熔体发生泄漏现象，基于所述确定部分403的开启指令从排气管出口向所述石英坩埚的方向排放液氮以通过冷却泄漏的熔体来降低由熔体泄漏所造成的设备损伤。详细来说，如图5所示，液氮阀门可以与用于实现判断部分和确定部分403的控制装置相连接，基于控制装置所下发的控制指令进行开启或关闭，当接收到开启指令时，液氮阀门开启并按照如图5中虚线箭头所示从排气口管道16向所述石英坩埚12的方向排放液氮。
[0068]
基于前述技术方案所阐述的内容，本发明实施例以通过检测拉晶炉1内目标部件的温度来判定是否发生熔体泄漏现象为例对前述检测熔体泄漏的的详细工作流程进行说明，结合图5，该工作流程可以包括：
[0069]
首先，温度传感器检测炉体10以及排气口管道16之间的连接部的温度，该温度数据标记为d102，判断部分402将d102与设定的一个温度阈值200进行比较，如果d102小于等于200，则确定部分403可以确定此时没有出现熔体泄漏现象，报警器中指示熔体正常无泄漏的绿色指示灯亮起。如果d102大于等于201，但小于等于另一个温度阈值350，则确定部分403可以确定此时出现熔体泄漏现象，但泄漏量较小，报警器中指示熔体泄露量低的黄色指示灯亮起。如果d102大于等于350，则确定部分403可以确定此时出现熔体泄漏现象且泄漏量较大，报警器中指示熔体泄露量高的红色指示灯亮起。
[0070]
此外，当黄色或者红色指示灯亮起时，报警器还可以发出熔体泄露的警报声或警铃声。
[0071]
接着，当指示熔体泄露量低的黄色指示灯亮起时，液氮气体低量输入；当指示熔体泄露量高的红色指示灯亮起时，液氮气体高量输入。
[0072]
并且，当黄色或者红色指示灯亮起时，液氮气体可以自动开启阀门进行输入，也可以通过手动开启阀门进行输入。
[0073]
对于上述工作流程的控制过程，可以通过图6所示的plc梯形图(lad，ladderlogic programming language)进行表示，对于图6所示的控制过程，可以参照针对plc梯形图的说明或阐述方式，本发明实施例对此不做赘述。
[0074]
可以理解地，在本实施例中，“部分”可以是部分电路、部分处理器、部分程序或软件等等，当然也可以是单元，还可以是模块也可以是非模块化的。
[0075]
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。
[0076]
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)执行本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 only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0077]
因此，本实施例提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有检测熔体泄漏的程序，所述检测熔体泄漏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检测熔体泄漏的方法步骤。
[0078]
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。
[0079]
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。

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击 【在线咨询】或添加微信 【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。

此文章来源于网络,如有侵权,请联系删除