半导体单晶炉液面位置控制装置及方法与流程

本发明涉及半导体单晶炉技术领域，特别是涉及一种半导体单晶炉液面位置控制装置及方法。

背景技术：

半导体单晶炉上安装有晶棒、水冷套、可升降式热屏和控制热屏升降的升级机构，介于半导体单晶炉长晶工艺的高要求，液面与热屏高度直接影响拉晶效果，必须精确控制液面与热屏高度误差，而现有没有自动精确控制液面与热屏高度误差的装置。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的问题和不足，提供一种半导体单晶炉液面位置控制装置及方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本发明提供一种半导体单晶炉液面位置控制装置，其包括一炉盖、一热屏和一控制热屏升降的升降机构，其特点在于，还包括一激光传感器、一高精度摄像机和一控制器，所述激光传感器设置于炉盖的一侧，所述高精度摄像机设置于炉盖的另一侧。

所述激光传感器用于发出激光直线束照射在热屏的内壁、炉内的液面和晶棒的外径上，激光直线束投射在不同介质的热屏和液面上的线段会产生偏差。

所述高精度摄像机用于采集激光直线束投射在热屏和液面上的线段。

所述控制器用于基于热屏和液面上的线段之间的偏差计算出热屏和液面间的高度差h，并根据该高度差h控制升降机构的升降以实现将高度差h控制在h±0.5mm以内。

较佳地，所述热屏为双层热屏。

较佳地，所述控制器用于根据该高度差h控制升降机构的升降电机的正反转和转速以实现控制升降机构的升降。

本发明还提供一种半导体单晶炉液面位置控制方法，其特点在于，其利用上述的控制装置实现，所述控制方法包括以下步骤：

s1、所述激光传感器发出激光直线束照射在热屏的内壁、炉内的液面和晶棒的外径上，激光直线束投射在不同介质的热屏和液面上的线段会产生偏差；

s2、所述高精度摄像机采集激光直线束投射在热屏和液面上的线段；

s3、所述控制器基于热屏和液面上的线段之间的偏差计算出热屏和液面间的高度差h，并根据该高度差h控制升降机构的升降以实现将高度差h控制在h±0.5mm以内。

较佳地，在步骤s3中，根据该高度差h控制升降机构的升降电机的正反转和转速以实现控制升降机构的升降。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：

本发明利用激光传感器，将产生的激光线打在热屏内壁、液面及晶棒外径上，在不同物体上使激光线产生一定的高低偏差，通过百万像素的高精度彩色摄像机采集这个光线偏差区域的图像进行计算，将光线偏差换算成热屏下沿与液面之间的高度差h，可以确保热屏下沿与液面之间的高度差h在设定的高度值的h±0.5mm以内，保证整个真空腔室的空间容积为一个定值，使温场热量均匀分布，工艺气体流速均匀，减少对液面的波动，更加有效地排除杂质和不需要的气体分子，保证制造出满足高纯度高质量的半导体芯片所需的晶棒。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的半导体单晶炉液面位置控制装置的结构示意图。

图2为本发明较佳实施例的激光直线束照射在热屏内壁、液面和晶棒外径上的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例提供一种半导体单晶炉液面位置控制装置，其包括一炉盖1、一热屏2、一控制热屏2升降的升降机构(图中未示出)、一激光传感器3、一高精度摄像机4和一控制器(图中未示出)，所述激光传感器3设置于炉盖1的一侧，所述高精度摄像机4设置于炉盖1的另一侧，所述热屏2为双层热屏。

所述激光传感器3用于发出激光直线束照射在热屏2的内壁、炉内的液面5和晶棒6的外径上，激光直线束投射在不同介质的热屏2和液面5上的线段7会产生偏差△x，热屏离液面的距离不同，△x的大小会发生变化，见图2，其中线段上画出的小圈表示ccd像素分析区域。

所述高精度摄像机4用于采集激光直线束投射在热屏2和液面5上的线段，即图2中的ccd像素分析区域。

所述控制器用于基于热屏2和液面5上的线段之间的偏差计算出热屏和液面间的高度差h，并根据该高度差h控制升降机构的升降电机的正反转和转速以实现控制升降机构的升降，从而实现将高度差h控制在h±0.5mm以内。

本实施例还提供一种半导体单晶炉液面位置控制方法，其利用上述的控制装置实现，所述控制方法包括以下步骤：

s1、所述激光传感器发出激光直线束照射在热屏的内壁、炉内的液面和晶棒的外径上，激光直线束投射在不同介质的热屏和液面上的线段会产生偏差。

s2、所述高精度摄像机采集激光直线束投射在热屏和液面上的线段。

s3、所述控制器基于热屏和液面上的线段之间的偏差计算出热屏和液面间的高度差，并根据该高度差h控制升降机构的升降电机的正反转和转速以实现控制升降机构的升降，从而实现将高度差h控制在h±0.5mm以内。

本发明将激光信号转换成高度位置信号，解决了热屏与液面高度不稳定问题，提高了硅溶液的纯度，减少了杂质，稳定工艺气体的流速，减少液面波动。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明半导体单晶炉液面位置控制装置及方法，包括炉盖、热屏、升降机构、激光传感器、高精度摄像机和控制器，激光传感器设于炉盖一侧，高精度摄像机设于炉盖另一侧；激光传感器发出激光直线束照射在热屏内壁、液面和晶棒外径上，激光直线束投射在不同介质的热屏和液面上的线段会产生偏差；高精度摄像机采集激光直线束投射在热屏和液面上的线段；控制器用于热屏和液面上的线段之间的偏差计算出热屏和液面间的高度差H，根据高度差控制升降机构的升降以实现将高度差控制在H±0.5mm以内。使温场热量均匀分布，工艺气体流速均匀，减少对液面的波动，更加有效地排除杂质和不需要的气体分子，保证制造出满足高纯度高质量的半导体芯片所需的晶棒。

技术研发人员：赖章田;贺贤汉;夏孝平;中村胜;黄保强
受保护的技术使用者：上海汉虹精密机械有限公司
技术研发日：2018.06.01
技术公布日：2018.11.16