CN111426295B - 一种晶棒直径测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种晶棒直径测量装置及方法，所述装置包括：固定组件，所述固定组件形成有用于对所述晶棒进行限位的限位结构；架体，所述架体包括一旋转轴，所述固定组件通过所述旋转轴与所述架体活动连接；测量组件，所述测量组件设置于所述固定组件上，用于测量所述晶棒的直径。根据本发明实施例的晶棒直径测量装置，可以实现从牵引室将晶棒快速取出到装置的固定组件中，并在取出过程中便可获得晶棒的外部尺寸数据，避免出现取出后需要再次搬运才能进行测量的情况，节省了时间和人力成本。

Description

一种晶棒直径测量装置及方法

技术领域

本发明涉及单晶硅棒制备技术领域，具体涉及一种晶棒直径测量装置及方法。

背景技术

多晶硅是生产太阳能光伏产品和半导体产品的主要原材料。切克劳斯基(Czochralski，简称Cz)法是单晶硅最常用的制备方法之一，高纯度固态多晶硅原料在晶体生长炉(单晶炉)内的坩埚中熔化形成熔体，通过籽晶提拉机构下降籽晶使其与旋转坩埚中的熔融状态下的硅熔汤接触，然后，将籽晶按照一定的工艺方法提拉出，熔体围绕籽晶凝固形成单晶硅棒。

传统的Cz单晶炉在完成一炉原料拉晶生产后，需要为晶棒的取出做很多繁杂的工作，包括冷却、牵引室移动、人工保护晶棒下降、晶棒放入存放装置中、晶颈剪断、运晶小车移动、天车吊取晶棒转运、晶棒成品车储放、单晶硅棒测量等工序。这些工序费时费力，严重制约了直拉式单晶硅的生产效率。尤其是，在晶棒下降过程中，大量涉及人工操作，在此人工操作过程中不可避免的在某一工序操作人员的部分身体部位处在晶棒的垂直投影面中，安全性较低。除此以外，过多的人工操作会增加企业对相关操作人员业务培训的成本，还存在损坏已经拉制完成单晶硅棒的风险。近年来，单晶硅的体积、重量不断增大，传统的人工操作不再能满足日益增长的需求。总而言之人工操作繁杂、效率低下、存在安全隐患以及拉制完成的单晶硅棒有遭到破坏的风险。

另一方面，随着行业的要求不断提高，技术人员对产品相关数据的需求日益提高，急需在单晶硅棒出炉后的第一时间获取单晶硅棒外部尺寸数据，以便用于分析并调整工艺方法。

因此，为了实现单晶硅棒从牵引室中取出就能获得外部尺寸数据，缩短晶棒取出的时间，提高单晶硅棒的生产效率，同时大大提高了单晶棒取出环节的稳定性与安全性，对现有设备进行优化和改进显得尤为重要。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种晶棒直径测量装置及方法，以解决现有技术中晶棒取出过程繁杂、安全性低、无法第一时间获取晶棒直径的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种晶棒直径测量装置，包括：

固定组件，所述固定组件形成有用于对所述晶棒进行限位的限位结构；

架体，所述架体包括一旋转轴，所述固定组件通过所述旋转轴与所述架体活动连接；

测量组件，所述测量组件设置于所述固定组件上，用于测量所述晶棒的直径。

可选的，所述固定组件包括固定架台以及固定于所述固定架台上的若干限位环，所述若干限位环沿所述固定架台的长度方向间隔设置，所述限位环的内径大于所述晶棒的直径，所述限位环用于对所述晶棒进行周向限位。

可选的，还包括：

导向轮组，所述导向轮组设置于所述固定架上，所述导向轮组包括沿所述固定架台的长度方向间隔设置的若干滑轮，所述导向轮组用于引导所述晶棒穿过所述若干限位环。

可选的，还包括：

承接组件，所述承接组件包括导轨以及与所述导轨活动连接的承接台，所述导轨沿所述固定架台的长度方向布设且穿过所述若干限位环的环口，所述承接台可沿所述导轨的长度方向移动。

可选的，所述承接组件还包括：承接台驱动单元，所述承接台驱动单元与所述承接台连接，用于驱动所述承接台沿所述导轨的长度方向移动。

可选的，还包括：

固定组件驱动单元，所述固定组件驱动单元设置于所述架体上，所述固定组件驱动单元的驱动端与所述固定组件连接，用于驱动所述固定组件绕所述旋转轴做旋转运动。

可选的，所述测量组件包括测量环以及环向间隔设置于所述测量环内侧的若干扫描单元，所述测量环设置于所述晶棒穿过所述限位环的路径上，所述扫描单元用于采集所述晶棒表面的数据。

可选的，还包括：

运输台，所述架体固定于所述运输台上，所述运输台的底部设置有固定轮。

本发明另一方面实施例还提供了一种晶棒直径测量方法，应用于如上所述的晶棒直径测量装置，所述方法包括：

使固定组件竖向设置，将承接台移动至导轨的顶端并锁定；

提拉晶棒至所述固定组件上方，使所述晶棒的底端抵在所述承接台上，所述晶棒穿过测量组件的测量环；

解锁所述承接台，并驱动所述承接台向下移动，使所述晶棒逐一穿过固定组件的若干限位环最终到达所述导轨的底端，同时利用测量组件的扫描单元采集经过所述测量环的所述晶棒表面的数据；

根据所述晶棒表面的数据，计算所述晶棒的直径。

可选的，所述使所述晶棒的底端抵在所述承接台上的步骤中：

调整所述晶棒的位置，使所述晶棒的底端中心抵在所述承接台的中心，其中，所述承接台的中心与所述若干限位环的中心共线。

本发明上述技术方案的有益效果如下：

根据本发明实施例的晶棒直径测量装置，可以实现从牵引室将晶棒快速取出到装置的固定组件中，并在取出过程中便可获得晶棒的外部尺寸数据，避免出现取出后需要再次搬运才能进行测量的情况，节省了时间和人力成本。

附图说明

图1为本发明实施例中的晶棒直径测量装置的结构示意图之一；

图2为本发明实施例中的晶棒直径测量装置的结构示意图之二；

图3为本发明实施例中晶棒进入固定组件的示意图；

图4为本发明实施例中固定组件处于水平状态的示意图；

图5为本发明实施例中的晶棒直径测量方法的流程示意图。

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的附图，对本发明实施例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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-4所示，本发明一方面实施例提供一种晶棒直径测量装置，所述装置可以包括：固定组件、架体12和测量组件，其中，固定组件形成有用于对晶棒18进行限位的限位结构，当晶棒18从牵引室中取出时，可以将其直接吊入固定组件的限位结构中，实现对晶棒18的限位固定；而架体12包括一旋转轴121，旋转轴121可以水平设置，固定组件则通过旋转轴121与架体12活动连接，也即固定组件可以绕旋转轴121做旋转运动，从而可以使固定组件在竖向和横向两个状态之间切换，在竖向时，可以方便晶棒18竖向进入固定组件内，而横向时，便于将晶棒18取出；测量组件设置在固定组件上，用于测量晶棒18的直径，也就是说，当将晶棒18从牵引室中取出放入固定组件的过程中，测量组件便可测量晶棒18表面的尺寸数据，从而计算出晶棒18的直径。

在本发明实施例中，如图1、2所示，所述固定组件可以包括固定架台111和若干限位环112，其中，固定架台111大致呈长方形，包括横纵连接的多根杆体，而若干限位环112则固定于固定架台111上，并且若干限位环112沿固定架台111的长度方向间隔设置，限位环112的内径大于晶棒18的直径，从而允许晶棒18从限位环112中穿过；当固定架台112竖向设置时，从牵引室提拉出来的晶棒18便可以逐一穿过若干限位环112，从而固定在固定组件中，而若干限位环112则沿晶棒18的长度方向间隔环绕在晶棒18的外周，从而限位环112可以对晶棒18的周向形成限位，避免晶棒18侧倒损坏。

在本发明的一些实施例中，所述装置还包括导向轮组14，导向轮组14设置在固定架111上，具体来说，导向轮组14包括若干滑轮，若干滑轮沿固定架台111的长度方向间隔设置，导向轮组14可以用于引导晶棒穿过若干限位环112，也就是说，若干滑轮均可以绕自身的旋转轴旋转，从而在晶棒18自上而下穿过若干限位环112时，晶棒18的表面接触到若干滑轮，两者之间发生滑动，在若干滑轮的导向作用下晶棒18逐渐下降，下降的轨迹由若干滑轮限定为直线，可以防止晶棒18在下降过程中与限位环112发生碰撞刮伤。

在本发明的另一些实施例中，所述装置还包括承接组件，所述承接组件包括导轨151和承接台152，其中，承接台152与导轨151活动连接，承接台152可以沿导轨151的长度方向移动，而导轨151则沿固定架台111的长度方向布设，并且导轨151穿过若干限位环112的环口；在一些具体实施例中，所述承接组件还包括承接台驱动单元153，承接台驱动单元153固定在固定架台111上，并且承接台驱动单元153的驱动端与承接台152连接，用于驱动承接台152沿导轨151的长度方向移动至任意位置。也就是说，当晶棒18从牵引室中取出，并准备放入竖向的固定组件内时，先通过承接台驱动单元153驱动承接台152沿导轨151移动至最上端，从而使晶棒18的最下端落在承接台152上由承接台152进行承接，而后承接台驱动单元153驱动承接台152缓慢下降，使得承接台152上承接的晶棒18随之缓慢下降，并在导向轮组的导向作用下逐一穿过限位环112，最终到达导轨151的最下端，晶棒18完全进入到若干限位环112的限定空间内。利用承接台152进行承接，可以有效控制晶棒18下降的速率和路径，避免速率失控或者剐蹭到限位环112。

在本发明的一些实施例中，所述装置还包括固定组件驱动单元17，在架体12上设置有一动力平台122，固定组件驱动单元17则设置于动力平台122上，固定驱动单元17的驱动轴171一端与固定组件的固定架台111连接，固定组件驱动单元17用于驱动固定组件绕旋转轴121做旋转运动；也就是说，当需要将晶棒18从牵引室中取出放置到固定组件内时，固定组件驱动单元17则通过驱动轴171驱动固定组件旋转至竖向位置，以便晶棒18竖向进入固定组件内部，而当需要将晶棒18从固定组件中取出时，固定组件驱动单元17将通过驱动轴171驱动固定组件旋转至水平位置，以便将晶棒18从固定组件中取出。

在本发明实施例中，测量组件包括测量环131和若干扫描单元(图中未示出)，其中，若干扫描单元环向间隔设置于测量环131的内侧，而测量环131则设置于晶棒18穿过限位环112的路径上，从而当晶棒18穿过测量环131时，其上的扫描单元将能够采集到晶棒18的表面的数据；具体的说，测量环131可以设置在固定组件的竖向状态下位置最高的限位环112的上方，从而晶棒18先穿过测量环131再穿过限位环112。在一些具体实施例中，测量组件还可以包括支架132、支架转轴133以及支架驱动单元134，测量环131与支架132的一端连接，而支架132的另一端则通过支架转轴133与固定架台111连接，支架驱动单元134与支架132连接，用于驱动支架132绕支架转轴133做旋转运动；具体来说，当晶棒18从牵引室取出时，支架驱动单元134驱动支架132转动，使得测量环131位于晶棒18进入固定组件的路径上，从而测量环131内的扫描单元可以晶棒18表面的数据，而当测量结束后，支架驱动单元134驱动支架132转动，使得测量环131旋转到固定组件的一侧，从而避免测量组件阻碍后续晶棒18从固定组件中取出。在一些具体实施例中，扫描单元可以是激光扫描设备，通过采集晶棒18的表面的尺寸数据，后续可以对数据进行降噪、拟合等步骤，最终计算得到晶棒18的直径数据。本发明实施例中，在晶棒18取出的第一时间，便可测量得到晶棒18的直径数据，避免了从牵引室取出放好后需要再次搬动晶棒18才能进行测量直径的问题。

在本发明的另一些实施例中，所述装置还包括运输台16，架体12固定于运输台16上，运输台16的底部设置有固定轮，从而可以方便地移动运输台16，从而将其上的晶棒18运输到任意位置；也就是说，在晶棒18从牵引室取出时，可以将运输台16及其上的固定组件移动到牵引机构的正下方，从而晶棒18可以顺利竖向进入到固定组件上，可以方便地将晶棒18移动至其他地方，完成晶棒18的运输，避免了晶棒18运输过程中需要耗费大量的人力物力的情况，而且由于固定组件的固定限位作用，无需其他操作即可确保晶棒18在运输过程中的稳定和安全。

根据本发明实施例中的晶棒直径测量装置，可以实现从牵引室将晶棒快速取出到装置的固定组件中，并在取出过程中便可获得晶棒的外部尺寸数据，避免出现取出后需要再次搬运才能进行测量的情况，节省了时间和人力成本。

如图5所示，本发明另一方面实施例还提供了一种晶棒直径测量方法，应用于上述实施例中的晶棒直径测量装置，所述方法可以包括：

步骤51：使固定组件竖向设置，将承接台移动至导轨的顶端并锁定；

步骤52：提拉晶棒至所述固定组件上方，使所述晶棒的底端抵在所述承接台上，所述晶棒穿过测量组件的测量环；

步骤53：解锁所述承接台，并驱动所述承接台向下移动，使所述晶棒逐一穿过固定组件的若干限位环最终到达所述导轨的底端，同时利用测量组件的扫描单元采集经过所述测量环的所述晶棒表面的数据；

步骤54：根据所述晶棒表面的数据，计算所述晶棒的直径。

具体来说，利用固定组件驱动单元17将固定组件驱动至竖向设置状态；而支架驱动单元134驱动支架132转动，使得测量环131位于晶棒18进入固定组件的路径上，以便测量环131内的扫描单元可以晶棒18表面的数据，然后利用承接台驱动单元153驱动承接台152沿导轨151移动至最上端进行锁定；然后利用籽晶提拉机构提拉晶棒18使其最下端落在承接台152上由承接台152进行承接，并且晶棒18穿过测量环131；而后承接台驱动单元153驱动承接台152缓慢下降，使得承接台152上承接的晶棒18随之缓慢下降，并在导向轮组的导向作用下逐一穿过限位环112，与此同时，测量组件的扫描单元也采集经过测量环131内的晶棒18表面的尺寸数据；最终，晶棒18到达导轨151的最下端，晶棒18完全进入到若干限位环112的限定空间内，而根据采集到的晶棒18表面的数据，进一步进行降噪、拟合等处理后即可得到晶棒18的直径，从而在取出晶棒18的同时完成了对晶棒18的直径的测量。

在本发明的一些实施例中，使所述晶棒的底端抵在所述承接台上的步骤中：

调整所述晶棒的位置，使所述晶棒的底端中心抵在所述承接台的中心，其中，所述承接台的中心与所述若干限位环的中心共线。

也就是说，在将晶棒18的底端抵在承接台152上时，需要调整晶棒18的位置，使晶棒18的底端中心抵在承接台152的中心，而承接台152的中心与若干限位环112的中心共线，从而避免晶棒18下移过程中发生剐蹭，并且也有利于各扫描单元扫描得到的晶棒18的表面数据的准确度。

根据本发明实施例的晶棒直径测量方法，可以实现从牵引室将晶棒快速取出到装置的固定组件中，并在取出过程中便可获得晶棒的外部尺寸数据，避免出现取出后需要再次搬运才能进行测量的情况，节省了时间和人力成本。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种晶棒直径测量装置，其特征在于，包括：

固定组件，所述固定组件包括固定架台，以及形成有用于对所述晶棒进行限位的限位结构，限位结构包括限位环；

架体，所述架体包括一旋转轴，所述固定组件通过所述旋转轴与所述架体活动连接，固定组件可绕所述旋转轴做旋转运动；

承接组件，所述承接组件包括导轨以及与所述导轨活动连接的承接台，所述导轨沿所述固定架台的长度方向布设且穿过若干所述限位环的环口，所述承接台可沿所述导轨的长度方向移动；

测量组件，所述测量组件包括测量环以及环向间隔设置于所述测量环内侧的若干扫描单元，所述测量环设置于所述晶棒穿过所述限位环的路径上，所述扫描单元用于采集所述晶棒表面的数据。

2.根据权利要求1所述的晶棒直径测量装置，其特征在于，

若干所述 限位环沿所述固定架台的长度方向间隔设置，所述限位环的内径大于所述晶棒的直径，所述限位环用于对所述晶棒进行周向限位。

3.根据权利要求2所述的晶棒直径测量装置，其特征在于，还包括：

导向轮组，所述导向轮组设置于所述固定架上，所述导向轮组包括沿所述固定架台的长度方向间隔设置的若干滑轮，所述导向轮组用于引导所述晶棒穿过所述若干限位环。

4.根据权利要求1所述的晶棒直径测量装置，其特征在于，所述承接组件还包括：承接台驱动单元，所述承接台驱动单元与所述承接台连接，用于驱动所述承接台沿所述导轨的长度方向移动。

5.根据权利要求1所述的晶棒直径测量装置，其特征在于，还包括：

固定组件驱动单元，所述固定组件驱动单元设置于所述架体上，所述固定组件驱动单元的驱动端与所述固定组件连接，用于驱动所述固定组件绕所述旋转轴做旋转运动。

6.根据权利要求1所述的晶棒直径测量装置，其特征在于，还包括：

运输台，所述架体固定于所述运输台上，所述运输台的底部设置有固定轮和万向轮。

7.一种晶棒直径测量方法，其特征在于，应用于如权利要求1～6中任一项所述的晶棒直径测量装置，所述方法包括：

使固定组件竖向设置，将承接台移动至导轨的顶端并锁定；

提拉晶棒至所述固定组件上方，使所述晶棒的底端抵在所述承接台上，所述晶棒穿过测量组件的测量环；

解锁所述承接台，并驱动所述承接台向下移动，使所述晶棒逐一穿过固定组件的若干限位环最终到达所述导轨的底端，同时利用测量组件的扫描单元采集经过所述测量环的所述晶棒表面的数据；

根据所述晶棒表面的数据，计算所述晶棒的直径。

8.根据权利要求7所述的晶棒直径测量方法，其特征在于，所述使所述晶棒的底端抵在所述承接台上的步骤中：

调整所述晶棒的位置，使所述晶棒的底端中心抵在所述承接台的中心，其中，所述承接台的中心与所述若干限位环的中心共线。

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