CN110257903A - 自动降籽晶过程中自动定位至原生籽晶处终止下降的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种自动降籽晶过程中自动定位至原生籽晶处终止下降的方法，包括以下步骤，S1：籽晶快速降至硅溶液上方的极限位置；S2：籽晶慢速降至硅溶液液面处，籽晶与硅溶液液面接触；S3：测量装置测量籽晶的熔接直径，当熔接直径达到下限值时，停止下降。本发明的有益效果是采用工业相机时时对籽晶的熔接直径进行检测，根据籽晶的熔接直径进行下降，实现自动将籽晶降到硅溶液中，自动定位至原生籽晶处，可以极大的提高工作效率以及工作一致性，可以起到节约工时、降低成本的作用。

Description

自动降籽晶过程中自动定位至原生籽晶处终止下降的方法
技术领域
本发明属于直拉单晶技术领域，尤其是涉及一种自动降籽晶过程中自动定位至原生籽晶处终止下降的方法。
背景技术
目前已知的技术是可以实现自动下降籽晶至液面方法，无法做到自动将籽晶降至原生籽晶接触液面处，目前技术是选择降籽晶后，系统会自动下降籽晶，但是无法将籽晶自动降至液面中，无法自动将籽晶降至原生籽晶处，只能实现一部分自动化功能，只能自动将籽晶下降至液面上方，如果操作人员工作集中时，无暇操作本次稳温，那么会出现工时浪费的情况。
发明内容
鉴于上述问题，本发明要解决的问题是提供一种自动降籽晶过程中自动定位至原生籽晶处终止下降的方法，尤其适合籽晶下降过程中使用，能够实现自动降籽晶降到硅溶液中，不需人工操作，节约工时，降低成本。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：自动降籽晶过程中自动定位至原生籽晶处终止下降的方法，包括以下步骤，
S1：籽晶快速降至硅溶液上方的极限位置；
S2：籽晶慢速降至硅溶液液面处，籽晶与硅溶液液面接触；
S3：测量装置测量籽晶的熔接直径，当熔接直径达到下限值时，停止下降。
进一步的，步骤S3具体为，
当籽晶与硅溶液液面接触时，测量装置开始测量籽晶的熔接直径，并根据测量的熔接直径，进行下降距离的选择，根据下降距离进行下降；
当籽晶的熔接直径达到第一直径时，进行第一下降距离的选择，根据第一下降距离，进行下降；以及
重复上述步骤，直至籽晶的熔接直径达到下限值时，停止下降。
进一步的，步骤S1中的极限位置为籽晶快速下降的最低距离，极限位置为200-260mm。
进一步的，步骤S2中慢速下降为以恒定的速度下降，恒定的速度为400-600mm/hr。
进一步的，步骤S3籽晶的熔接直径变化范围为5-15mm。
进一步的，步骤S3中籽晶的下降距离变化范围为70-0mm。
进一步的，籽晶的熔接直径下限值为10-16mm。
进一步的，步骤S3中籽晶以恒定速度下降。
一种自动降籽晶过程中自动定位至原生籽晶处终止下降的系统，包括控制装置、测量装置、籽晶夹具、籽晶电压测量装置和旋转提升装置，
测量装置用于测量籽晶的直径，测量装置设于单晶炉上；
旋转提升装置与控制装置电连接，旋转提升装置与籽晶夹具连接，籽晶夹具用于夹持籽晶，旋转提升装置用于带动籽晶进行旋转的同时进行上升和下降；
籽晶电压测量装置与控制装置电连接，籽晶电压测量装置用于测量籽晶的电压变化，用于判断籽晶是否与硅溶液的液面接触；
控制装置用于控制旋转提升装置、籽晶电压测量装置与测量装置的动作。
进一步的，测量装置为CCD工业相机，籽晶电压测量装置为电压传感器。
本发明具有的优点和积极效果是：
1.由于采用上述技术方案，在籽晶下降的过程中，采用分段下降，且在慢速下降过程中，采用工业相机时时对籽晶的熔接直径进行检测，根据籽晶的熔接直径进行下降，实现自动将籽晶降到硅溶液中，自动定位至原生籽晶处，可以极大的提高工作效率以及工作一致性，可以起到节约工时、降低成本的作用；
2.通过CCD相机测量籽晶直径的方法作为降籽晶的条件，可以准确的定位到原生籽晶处，相较于手动操作，实现自动降籽晶定位功能，大大减轻人员的工作强度，节省工作，提高效率，对单晶硅行业提高自动化程度有着很大的贡献。
附图说明
图1是本发明的一实施例的流程图；
图2是现有技术的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
图1示出了本发明一实施例的流程图，本实施例涉及一种自动降籽晶过程中自动定位至原生籽晶处终止下降的方法，用于直拉单晶过程中，在稳温过程中，进行自动降籽晶，不需人工手动操作调节，通过测量籽晶的熔接直径作为降籽晶的条件，可以准确地定位到原生籽晶处，减轻了操作人员的劳动强度，节省工时，提高了工作效率。
如图2所示，目前技术是选择降籽晶后，系统会自动下降籽晶，但是无法将籽晶自动降至液面中，无法自动将籽晶降至原生籽晶处，需要手工操作，如果操作人员工作集中时，无暇操作本次稳温，则会出现工时浪费的情况。
该自动降籽晶过程中自动定位至原生籽晶处终止下降的方法，能够实现自动籽晶自动下降至硅溶液液面处，具体的，如图1所示，包括以下步骤，
S1：籽晶快速降至硅溶液上方的极限位置；在进行直拉单晶过程中，在稳温工序时，进行籽晶的下降，此时，籽晶距离石英坩埚中的硅溶液的液面比较大，可以进行快速下降，使得籽晶能够快速下降至硅溶液的液面上方，且籽晶不与硅溶液接触，避免籽晶由于下降速度过快，直接下降至硅溶液中，造成籽晶损坏，以及硅溶液热场变化，不利于后续引晶工序的进行。由于，籽晶开始下降时，籽晶距离硅溶液液面的距离比较大，可以进行快速下降，该快速下降的过程中，可以采用恒速进行籽晶的下降，也可以采用变速进行籽晶的下降，根据实际需求进行选择，这里不做具体要求。籽晶快速下降，直至硅溶液的上方的极限位置，该极限位置为快速下降和慢速下降的分界线，在极限位置之前，籽晶进行快速下降，在极限位置之后，籽晶距离硅溶液的液面的距离很小，进行慢速下降；这里，该极限位置为籽晶快速下降的最低距离，极限位置为200-260mm，根据实际需求进行选择。
在本实施例中，籽晶从下降的初始位置至极限位置的过程中，进行分段下降，对这段快速下降的距离进行分割，可以等间距分割，或者是不等间距分割，将这段快速下降的距离分成至少两段下降，根据实际需求进行选择，这里不做具体要求。
同时，在不同的距离里，可以采用相同的速度下降，也可以采用不相同的速度进行下降，根据实际需求进行选择，这里不做具体要求。
S2：籽晶慢速降至硅溶液液面处，籽晶与硅溶液液面接触。当籽晶快速下降至极限位置后，系统控制籽晶进行慢速下降，优选的，在极限位置至硅溶液液面处的这一段距离里，采用恒定的速度进行籽晶的下降，该恒定的速度为400-600mm/hr，根据实际需求进行选择，这里不做具体要求，系统控制籽晶以恒定的速度降至硅溶液的液面处，使得籽晶与硅溶液液面接触。
S3：测量装置测量籽晶的熔接直径，当熔接直径达到下限值时，停止下降，具体的，
当籽晶与硅溶液液面接触时，系统控制测量装置动作，测量装置开始测量籽晶的熔接直径，并根据测量的熔接直径，进行下降距离的选择，系统根据该根据下降距离进行籽晶下降；
当籽晶的熔接直径达到第一直径时，进行第一下降距离的选择，根据第一下降距离，进行下降；以及
重复上述步骤，直至籽晶的熔接直径达到下限值时，停止下降。
这里，籽晶的熔接直径下限值为10-16mm，当籽晶的熔接直径达到熔接直径下限值时，籽晶达到原生籽晶直径值的下限，则籽晶下降至原生籽晶处，籽晶停止下降，完成籽晶自动下降过程，进行后续引晶工序。
上述的籽晶的熔接直径变化范围为5-15mm，籽晶的下降距离变化范围为70-0mm，且在此过程中，优选的，籽晶以恒定速度下降，该恒定的速度为500mm/hr。
系统中预设有编辑好的程序，并存储有不同的直径对应不同的下降距离，在籽晶的下降的过程中，系统会根据测量装置测量到的籽晶的熔接直径，进行籽晶下降的距离选择，当籽晶的熔接直径达到另一个熔接直径值时，系统根据该直径值进行下降的距离选择，系统控制籽晶根据该下降的距离进行下降，以此重复，直至籽晶的熔接直径达到籽晶的熔接直径的下限值时，停止下降，籽晶达到原生籽晶处。
在进行自动将籽晶过程中自动定位至原生籽晶处终止下降的方法进行自动下降籽晶时，采用自动降籽晶过程中自动定位至原生籽晶处终止下降的系统，应用该系统进行籽晶的自动下降至原生籽晶处，并终止下降。
该自动降籽晶过程中自动定位至原生籽晶处终止下降的系统，包括控制装置、测量装置、籽晶夹具、籽晶电压测量装置和旋转提升装置，测量装置、旋转提升装置分别与控制装置电连接，测量装置将测量的信号传递给控制装置，控制装置根据根据测量装置传递的信号，控制旋转提升装置动作，进行籽晶的下降，旋转提升装置与籽晶夹具连接，籽晶固定安装在籽晶夹具上，旋转提升装置通过籽晶夹具控制籽晶的下降，测量装置设于单晶炉上，测量装置用于对籽晶的熔接直径进行监测测量；籽晶电压测量装置与控制装置电连接，籽晶电压测量装置用于对籽晶的电压进行测量，便于对籽晶是否与硅溶液液面接触进行判断。
控制装置内与设有编辑好的程序，并预设有籽晶快速下降的距离分段、籽晶慢速下降过程中不同的熔接直径及不同的熔接直接对应的下降距离，同时，控制装置内预设有籽晶快速下降的极限位置，控制装置控制旋转提升装置动作，籽晶快速降至极限位置处；控制装置控制旋转提升装置动作，旋转提升装置开始降速，使得籽晶慢速下降，当籽晶下降至硅溶液的液面处，籽晶与硅溶液接触，籽晶电压检测装置检测籽晶的电压变化，并将信号传递给控制装置，控制装置根据籽晶电压的变化，进行籽晶是否与硅溶液液面接触的判断，若接触，控制装置控制测量装置动作，测量装置对籽晶的熔接直径进行测量，且测量装置将测量的籽晶的熔接直径传递给控制装置，控制装置根据籽晶的熔接直径进行下降距离的选择，控制旋转提升装置动作，进行籽晶下降，直至籽晶下降至原生籽晶处，停止下降；若没有接触，测量装置不动作，旋转提升装置带动籽晶继续下降，直至籽晶与硅溶液液面接触。
上述的测量装置为CCD工业相机，为市售产品，根据实际需求进行选择。
上述的控制装置为PLC控制器或者CPU，为市售产品，根据实际需求进行选择。
上述的籽晶电压测量装置为电压传感器，为市售产品，根据实际需求进行选择。
上述的旋转提升装置包括电机和吊线，吊线的一端与电机固定连接，吊线的另一端与籽晶夹具固定连接，通过电机的正转和反转，带动籽晶的下降和提升，以便进行直拉单晶过程中对单晶的提升；该电机为伺服电机，为市售产品，根据实际需求进行选择，这里不做具体要求。
下面以一个具体的实施例进行说明。
在稳温时进行籽晶自动下降，此时控制装置控制旋转提升装置动作，进行籽晶快速下降，且控制装置内预设有籽晶快速下降的极限位置，且在籽晶快速下降过程中，将该段距离进行分割，将此段距离分成几段，具体如下表：
由此可以知道，将籽晶快速下降距离分割成四段，分段进行下降，先在1min中下降至1200mm处，再在1min中下降至600mm处，再在2min中下降至450mm处，最后在3min中下降至230mm处，此时，籽晶降至快速下降的极限位置处，过了该位置，籽晶进行慢速下降。
自动下降籽晶至极限位置处后，控制装置控制旋转提升装置动作，使得籽晶进行慢速下降，旋转提升装置以500mm/hr慢速下降籽晶，直至籽晶接触液面，籽晶电压测量装置对籽晶电压进行测量，并将测量的信号时时传递给控制装置，当籽晶的电压有变化时，说明籽晶与硅溶液接触，控制装置控制测量装置动作。
控制装置控制测量装置动作，开启CCD相机，对接触液面的籽晶进行直径测量，并根据测量到的直径，进行下降的距离的选择，根据下降的距离继续下降相应距离，直至测量到籽晶的熔接直径下限值后，籽晶停止下降，定位原生籽晶处完成。籽晶的熔接直径与下降的距离之间的对应关系具体如下表：
当测量装置测量到的籽晶的熔接直径为5mm时，籽晶的下降距离为70mm；当籽晶的熔接直径为7mm时，籽晶的下降距离为40mm，以此类推，如上表，籽晶的熔接直径越大，籽晶的下降距离越小，说明越接近原生籽晶处。在本实施例中，13mm认为是籽晶的熔接直径值的下限，只要达到13mm就认为下降籽晶至原生籽晶处，当籽晶的熔接直径达到13mm时，籽晶到达原生籽晶处，籽晶停止下降，完成籽晶自动定位至原生籽晶处。
本发明具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，在籽晶下降的过程中，采用分段下降，且在慢速下降过程中，采用工业相机时时对籽晶的熔接直径进行检测，根据籽晶的熔接直径进行下降，实现自动将籽晶降到硅溶液中，自动定位至原生籽晶处，可以极大的提高工作效率以及工作一致性，可以起到节约工时、降低成本的作用；通过CCD相机测量籽晶直径的方法作为降籽晶的条件，可以准确的定位到原生籽晶处，相较于手动操作，实现自动降籽晶定位功能，大大减轻人员的工作强度，节省工作，提高效率，对单晶硅行业提高自动化程度有着很大的贡献。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.自动降籽晶过程中自动定位至原生籽晶处终止下降的方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1：籽晶快速降至硅溶液上方的极限位置；
S2：所述籽晶慢速降至所述硅溶液液面处，所述籽晶与所述硅溶液液面接触；
S3：测量装置测量所述籽晶的熔接直径，当所述熔接直径达到下限值时，停止下降。
2.根据权利要求1所述的自动降籽晶过程中自动定位至原生籽晶处终止下降的方法，其特征在于：所述步骤S3具体为，
当所述籽晶与所述硅溶液液面接触时，所述测量装置开始测量所述籽晶的熔接直径，并根据测量的熔接直径，进行下降距离的选择，根据所述下降距离进行下降；
当所述籽晶的熔接直径达到第一直径时，进行第一下降距离的选择，根据所述第一下降距离，进行下降；以及
重复上述步骤，直至所述籽晶的熔接直径达到所述下限值时，停止下降。
3.根据权利要求1或2所述的自动降籽晶过程中自动定位至原生籽晶处终止下降的方法，其特征在于：所述步骤S1中的所述极限位置为所述籽晶快速下降的最低距离，所述极限位置为200-260mm。
4.根据权利要求3所述的自动降籽晶过程中自动定位至原生籽晶处终止下降的方法，其特征在于：所述步骤S2中慢速下降为以恒定的速度下降，所述恒定的速度为400-600mm/hr。
5.根据权利要求4所述的自动降籽晶过程中自动定位至原生籽晶处终止下降的方法，其特征在于：步骤S3籽晶的熔接直径变化范围为5-15mm。
6.根据权利要求5所述的自动降籽晶过程中自动定位至原生籽晶处终止下降的方法，其特征在于：所述步骤S3中籽晶的下降距离变化范围为70-0mm。
7.根据权利要求4-6任一项所述的自动降籽晶过程中自动定位至原生籽晶处终止下降的方法，其特征在于：所述籽晶的熔接直径下限值为10-16mm。
8.根据权利要求7所述的自动降籽晶过程中自动定位至原生籽晶处终止下降的方法，其特征在于：所述步骤S3中所述籽晶以恒定速度下降。
9.一种自动降籽晶过程中自动定位至原生籽晶处终止下降的系统，其特征在于：包括控制装置、测量装置、籽晶夹具、籽晶电压测量装置和旋转提升装置，
所述测量装置用于测量籽晶的直径，所述测量装置设于单晶炉上；
所述旋转提升装置与所述控制装置电连接，所述旋转提升装置与所述籽晶夹具连接，所述籽晶夹具用于夹持所述籽晶，所述旋转提升装置用于带动籽晶进行旋转的同时进行上升和下降；
所述籽晶电压测量装置与所述控制装置电连接，所述籽晶电压测量装置用于测量所述籽晶的电压变化，用于判断所述籽晶是否与所述硅溶液的液面接触；
所述控制装置用于控制所述旋转提升装置、所述籽晶电压测量装置与所述测量装置的动作。
10.根据权利要求9所述的自动降籽晶过程中自动定位至原生籽晶处终止下降的方法，其特征在于：所述测量装置为CCD工业相机，所述籽晶电压测量装置为电压传感器。
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