CN117722949A - 一种硅棒孪晶检测方法及检测系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及硅棒缺陷检测技术领域且公开了一种硅棒孪晶检测方法及检测系统，所述硅棒孪晶检测方法包括：获取硅棒的晶线信息，判断是否存在晶线断线位置；响应于存在晶线断线位置，检测所述晶线断线位置对应的所述硅棒的内部位置是否存在贯穿型分界线；响应于不存在贯穿型分界线，判断所述晶线断线位置的缺陷为带状孪晶缺陷。本申请的硅棒孪晶检测方法可以有效避免在后续划线裁切工序中将硅棒上的孪晶缺陷段裁切的过长或过短，减少硅棒的返切工序，提高了生产效率，减少了硅棒材料的浪费。

Description

一种硅棒孪晶检测方法及检测系统

技术领域

本申请涉及硅棒检测技术领域，具体涉及一种硅棒孪晶检测方法及检测系统。

背景技术

孪晶是硅棒最主要的内部缺陷之一，硅棒存在孪晶缺陷的区域无法继续后段工艺，只能进行截断回收。硅棒的外表面具有沿硅棒的轴向延伸的晶线，晶线有无断线是硅棒有无孪晶缺陷的外部特征信息，相关技术中通过硅棒上晶线的断线位置来确定孪晶缺陷的位置，然而上述方法无法精确确定孪晶缺陷的种类，因此在后续划线裁切工序中无法精确确定孪晶缺陷的长度，导致将硅棒上的孪晶缺陷段裁切的过长或过短，不仅会增加返切工序，还会导致硅棒材料的浪费。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本申请的实施例提出一种硅棒孪晶检测方法及检测系统。

本申请的硅棒孪晶检测方法包括：

获取硅棒的晶线信息，判断是否存在晶线断线位置；

响应于存在晶线断线位置，检测所述晶线断线位置对应的所述硅棒的内部位置是否存在贯穿型分界线；

响应于不存在贯穿型分界线，判断所述晶线断线位置的缺陷为带状孪晶缺陷。

在一些实施例中，所述获取所述硅棒的晶线信息，判断是否存在晶线断线位置，包括：

采集所述硅棒外圆面某一截面的轮廓点云数据，将所述轮廓点云数据进行连线分段，判断所有连线中存在斜率突变的分段为晶线位置；

获取每一条晶线的全部点云数据，判断晶线斜率未发生突变的区域为晶线断线位置。

在一些实施例中，在所述检测所述晶线断线位置对应的所述硅棒的内部位置是否存在贯穿型分界线的步骤之后，所述方法包括：

响应于存在贯穿型分界线，将所述贯穿型分界线的长度与所述硅棒的半径进行比较；

响应于所述贯穿型分界线的长度大于所述硅棒的半径，判断所述晶线断线位置的缺陷为阴阳面孪晶缺陷。

在一些实施例中，在所述检测所述晶线断线位置对应的所述硅棒的内部位置是否存在贯穿型分界线的步骤之后，所述方法包括：

响应于所述贯穿型分界线的长度小于或等于所述硅棒的半径，判断所述晶线断线位置的缺陷为非孪晶缺陷。

在一些实施例中，所述带状孪晶缺陷的长度范围为自晶线断裂的起始点至终止点。

在一些实施例中，所述阴阳面孪晶缺陷的长度范围为所述贯穿型分界线的延长线与所述硅棒外圆母线的交点处所包含的区域。

本申请的硅棒孪晶检测系统，所述硅棒孪晶检测系统用于实施上述任一实施例中所述的硅棒孪晶检测方法，所述硅棒孪晶检测系统包括机架、支撑旋转装置、三轴直线运动模组、检测装置和控制模块，所述支撑旋转装置设在所述机架上用于支撑和旋转硅棒；所述三轴直线运动模组设在所述机架上，所述三轴直线运动模组上设有安装架以带动所述安装架在X轴、Y轴和Z轴三个方向上运动；所述检测装置设在所述安装架上，所述检测装置用于获取所述硅棒的晶线信息以及所述硅棒内部的贯穿型分界线信息；

所述控制模块包括运动控制模块和检测控制模块，所述运动控制模块与所述支撑旋转装置和所述三轴直线运动模组相连，所述检测控制模块与所述检测装置相连，所述检测控制模块用于根据所述硅棒的晶线信息判断是否存在晶线断线位置，以及根据所述硅棒内部的贯穿型分界线信息判断所述晶线断线位置的缺陷的缺陷类型。

在一些实施例中，所述支撑旋转装置包括旋转基座、主动滚筒、从动滚筒和旋转电机，所述旋转基座设于所述机架上，所述主动滚筒和所述从动滚筒可转动地设在所述旋转基座上，且所述主动滚筒与所述从动滚筒的轴线平行，所述旋转电机与所述主动滚筒相连以驱动所述主动滚筒转动。

在一些实施例中，所述检测装置包括3D传感器、检测光发生器和检测光接收器，所述3D传感器设于所述安装架上，用于获取所述硅棒的晶线信息；所述检测光发生器和所述检测光接收器均设在所述安装架上且相对位于所述硅棒在其径向上的两侧，所述检测光发生器用于朝向所述硅棒发射检测光，所述检测光接收器用于接收穿过所述硅棒的检测光，以获取所述硅棒内部的贯穿型分界线信息。

在一些实施例中，所述检测光发生器包括红外光源，所述检测光接收器包括红外相机，所述红外光源发出的红外光线射向所述硅棒，穿过所述硅棒的红外光线进入所述红外相机内；

或，所述检测光发生器包括红外光源和起偏元件，所述检测光接收器包括红外相机和检偏元件，所述红外光源发出的红外光线通过所述起偏元件射向所述硅棒，穿过所述硅棒的红外光线经所述检偏元件进入所述红外相机内。

本申请的硅棒孪晶检测方法可以通过硅棒的晶线断线信息和硅棒内部贯穿型分界线信息精确检测硅棒的孪晶缺陷的位置和种类，用于后续精确指导孪晶缺陷段的划线裁切，避免针对孪晶缺陷种类判断错误而导致划线不精确，造成硅棒的返切，减少了生产加工资源的浪费，提高了生产效率。

附图说明

图1是本申请实施例的硅棒检测系统的结构示意图。

图2是本申请实施例的硅棒检测系统隐去了上下料装置的结构示意图。

图3是本申请实施例的硅棒检测系统的正视图。

图4是本申请实施例的硅棒检测系统的局部结构示意图。

图5是本申请实施例的硅棒检测系统的三轴直线运动模组的结构示意图。

图6是本申请实施例的硅棒检测系统的三轴直线运动模组的结构示意图。

图7是本申请实施例的硅棒检测系统的局部结构示意图。

图8是本申请实施例的硅棒检测系统的检测光发生器和检测光接收器的使用示意图。

图9是本申请实施例的硅棒检测系统的3D传感器的使用示意图。

图10是本申请实施例的硅棒检测系统的刻印图案的位置示意图。

图11是本申请实施例的硅棒检测系统的刻印图案的位置示意图。

图12是本申请实施例的硅棒检测系统的阴阳面孪晶缺陷的长度示意图。

图13是本申请实施例的硅棒检测系统的贯穿型分界线的红外成像示意图。

图14是本申请另一种实施例的硅棒检测系统的贯穿型分界线的红外成像示意图。

图15是本申请实施例的硅棒检测系统的带状孪晶成像示意图。

图16是本申请实施例的硅棒孪晶检测方法的流程图。

图17是本申请实施例的硅棒孪晶检测方法的步骤S11的流程图。

图18是本申请另一实施例的硅棒孪晶检测方法的流程图。

附图标记：

100、硅棒检测系统；200、硅棒；

1、机架；2、支撑旋转装置；201、旋转基座；202、主动滚筒；203、从动滚筒；3、三轴直线运动模组；301、X轴直线运动模组；302、Y轴直线运动模组；303、Z轴直线运动模组；4、安装架；5、控制模块；6、3D传感器；7、检测光发生器；8、检测光接收器；9、第一表面光源；10、第一表面检测相机；11、第二表面光源；12、第二表面检测相机；13、激光刻印装置；14、刻印识别装置；15、PN型电阻率检测仪；16、少子寿命检测仪；17、上下料装置；1701、上下料机械手；1702、硅棒转运车；1703、转运停靠装置；

O、晶线；P、刻印图案；Q、贯穿型分界线；R、外圆母线。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

下面参照附图来详细描述本申请的技术方案。

本申请公开一种硅棒检测系统。如图1至图18所示，本申请实施例的硅棒检测系统100包括机架1、支撑旋转装置2、三轴直线运动模组3、检测装置和控制模块5。支撑旋转装置2设在机架1上用于支撑和旋转硅棒200，三轴直线运动模组3设在机架1上，三轴直线运动模组3上设有安装架4以带动安装架4在X轴、Y轴和Z轴三个方向上运动，硅棒200的轴线方向与X轴方向平行。检测装置设在安装架4上用于检测硅棒200的第一参数指标和第二参数指标，控制模块5包括运动控制模块5和检测控制模块5，运动控制模块5分别与支撑旋转装置2和三轴直线运动模组3相连，检测控制模块5与检测装置相连，检测控制模块5用于接收、处理和分析第一参数指标和第二参数指标并对硅棒200进行分段和评级。

需要说明的是，第一参数指标包括但不限于长度、直径、隐裂、位错、孪晶、白皮、带彩等指标的检测，第二参数指标包括但不限于PN型、电阻率和少子寿命等参数，其中控制模块5不限于工控机、可编程控制器等形式。

具体地，本申请实施例的硅棒检测系统100在使用过程中，将硅棒200放置在支撑旋转装置2，运动控制模块5控制支撑旋转装置2动作以带动硅棒200绕自身轴线方向转动，运动控制模块5还控制三轴直线运动模组3带动安装架4在X轴、Y轴和Z轴三个方向上运动，以调整检测装置与硅棒200之间的相对位置，以便于检测装置在多角度、多方位对硅棒200的第一参数指标和第二参数指标的检测。检测装置对硅棒200的第一参数指标和第二参数指标的检测结果传输给检测控制模块5，由检测控制模块5对检测结果进行处理和综合分析后对硅棒200进行分段和评级。

由此，本申请实施例的硅棒检测系统100集成了对硅棒200三个维度(尺寸、缺陷和电性能)的检测功能，可以对硅棒200进行全维度、全角度的自动检测，并将多种检测结果进行综合分析后对硅棒200进行分段和评级，避免了相关技术中检测工人依据少数检测指标和经验对硅棒200进行分段评级造成的人为误差，提高了对硅棒200的分段评级精度。当指导后续划线裁断工序时，使得划线位置精度较高，裁切后的硅棒200段质量水平较稳定，可以大大减少甚至避免硅棒200的返切，减少了生产加工资源的浪费，提高了生产效率；另外还可以避免后续裁切工序中因划线不准确造成硅棒200裁切的过长或过短的问题，减少了硅棒材料的浪费。

在一些实施例中，支撑旋转装置2包括旋转基座201、主动滚筒202、从动滚筒203和旋转电机。旋转基座201设于机架1上，主动滚筒202和从动滚筒203可转动地设在旋转基座201上，且主动滚筒202与从动滚筒203的轴线平行，旋转电机与主动滚筒202相连以驱动主动滚筒202转动。

例如，如图2所示，旋转电机通过联轴器与减速机连接，减速机通过同步带将动力传递至主动滚筒202以带动主动滚筒202转动，主动滚筒202转动时带动硅棒200转动，硅棒200转动带动从动滚筒203转动，从而实现支撑旋转装置2对硅棒200的支撑和旋转功能，其中旋转电机与主动滚筒202之间不限于减速机和同步带的传动形式。

在一些实施例中，如图4至图6所示，线运动模组包括X轴直线运动模组301、Y轴直线运动模组302和Z轴直线运动模组303,X轴直线运动模组301设在机架1上，Z轴直线运动模组303设在X轴直线运动模组301上，Y轴直线运动模组302设在Z轴直线运动模组303上，安装架4设在Y轴直线运动模组302上。三轴直线运动模组3用于带动安装架4在X轴、Y轴和Z轴上运动，以调节检测装置与硅棒200之间的距离，从而便于检测装置对硅棒200进全方位和全角度进行检测。

可选地，如图3和图4所示，三轴直线运动模组3包括第一直线运动模组和第二直线运动模组，第一直线运动模组和第二直线运动模组设于支撑旋转装置2的两侧，第一直线运动模组和第二直线运动模组上均设有安装架4。可以理解的是，由于检测装置检测指标较多，因此检测设备较多，通过将三轴直线运动模组3设置为第一直线运动模组和第二直线运动模组布置在支撑旋转装置2的两侧，可以将检测装置中用于检测不同指标的检测设备分别安装在第一直线运动模组和第二直线运动模组上，可以使第一直线运动模组和第二直线运动模组上的检测部件单独对硅棒200进行检测，或者第一直线运动模组和第二直线运动模组上的检测部件相互配合对硅棒200进行检测。

在一些实施例中，硅棒200的第一参数指标包括硅棒200的长度、直径和晶线信息，检测装置包括3D传感器6，3D传感器6设在安装架4上用于扫描硅棒200，以获取硅棒200的长度、直径和晶线信息。

具体地，如图6至图11所示，自3D传感器6从未采集到硅棒200点云数据到刚刚采集到点云数据，判定为硅棒200的头部，从持续采集到点云数据到刚刚无法采集到点云数据，判定为硅棒200的尾端。因此，可通过3D传感器6检测到的硅棒200头部、尾部位置结合检测控制模块5计算对应的三轴直线运动模组3在X轴方向上的运动距离，作为硅棒200的有效长度，也可以通过3D传感器6累计采集的整根硅棒200的点云数据求得硅棒200长度，该长度包括等径长度(即不包括硅棒200头部、尾部的长度)及总长度。需要说明的是，由于硅棒200在拉晶工序过程中，硅棒200的头部和尾部呈锥形，因此硅棒200的头部和尾部为变径段，头部和尾部之间的硅棒200段为等径段。

对硅棒200直径进行检测时，3D传感器6通过获取硅棒200外圆面上某一截面的点云数据，拟合该截面的圆弧，从而可以计算该截面直径，通过3D传感器6沿硅棒200轴线方向自头至尾扫描，采集硅棒200若干截面直径并统计出该硅棒200最大直径、最小直径、平均直径对应数据及位置。如果相邻采样截面对应的直径满足则判定硅棒200存在直径突变区域，其中Di+1和Di分别为第i+1截面、第i截面直径，ε为突变阈值，ε根据实际需求而定。直径突变区域为硅棒200的直径异常段，此部分被检测出来后，检测控制模块5对直径异常段的位置进行定位，并检测直径异常段的长度，用于指导后续划线裁切。

需要说明的是，硅棒200外表面具有沿硅棒200轴向均匀间隔布置的四根晶线O(如图9和图10所示)，四根晶线O沿硅棒200的轴线延伸，晶线O是硅棒200在拉晶时产生的，硅棒200的晶线O有无断线是硅棒200有无孪晶缺陷的外部特征信息，因此可以通过晶线O的断线位置来确定孪晶缺陷的位置。

具体地，在对硅棒200的晶线O进行检测时，3D传感器6采集硅棒200外圆面某一截面的轮廓点云数据，将轮廓点云进行连线分段，识别出所有连线中存在斜率突变的分段，定位该位置为晶线O位置，而未出现斜率突变的分段则没有晶线O。3D传感器6沿硅棒200轴线方向从头至尾扫描，获取硅棒200一条晶线O的全部点云数据，判断该条晶线O是否存在断线位置即斜率未突变区域，如果存在，则判定晶线O存在断线。然后再依次将硅棒200旋转90°，分别扫描四条晶线O以判断每条晶线O是否存在断线。因此3D传感器6采集的硅棒200外表面的点云数据可以确定晶线O有无断线，可以定位硅棒200孪晶缺陷的位置，如果3D传感器6识别到硅棒200存在晶线O断线的信息，则系统判定该处存在孪晶缺陷。

在一些实施例中，如图8所示，硅棒200的第一参数指标包括硅棒200的隐裂缺陷信息、位错缺陷信息和孪晶缺陷信息中的至少一种。检测装置还包括检测光发生器7和检测光接收器8，检测光发生器7和检测光接收器8均设在安装架4上且相对位于硅棒200在其径向上的两侧，检测光发生器7用于朝向硅棒200发射检测光，检测光接收器8用于接收穿过硅棒200的检测光，以获取硅棒200的隐裂缺陷信息、位错缺陷信息和孪晶缺陷信息中的至少一种。

在一些实施例中，具体地，如图8所示，检测光发生器7安装在第一直线运动模组的安装架4上，检测光发生器7包括红外光源和起偏元件。检测光接收器8安装在第二直线运动模组的安装架4上，检测光接收器8包括红外相机和检偏元件。红外光源发射出特定波长的红外光线通过起偏元件射向硅棒200，红外光线穿过硅棒200后由检偏元件进入红外相机内并由红外相机采集检测光在穿越硅棒200时的状态信息，以便于通过透射成像方式判断硅棒200内的隐裂、位错和孪晶缺陷。

其中起偏元件可以是偏振膜、偏振镜等光学元件，与红外光源组合成检测光发生器7，将常规红外光转换为具有偏振特性的检测光并使该检测光线进入硅棒200内。检偏元件可以是偏振膜、偏振镜等光学元件，与红外相机组合成检测光接收器8，用于接收透过硅棒200的检测光，采集硅棒200在检测光穿过硅棒200时的状态信息。红外相机可为线扫相机或面阵相机等形式，起偏元件和检偏元件不限于线偏振、圆偏振、椭圆偏振、1/4波片、半波片等元件相互组合的形式。

在另一些实施例中，检测光发生器7可以包括红外光源而不包括起偏元件，检测光接收器8可以包括红外相机而不包括检偏元件，此时，红外光源发射出特定波长的红外光线射向硅棒200，红外光线穿过硅棒200后进入红外相机内并由红外相机采集检测光在穿越硅棒200时的状态信息，以便于通过透射成像方式判断硅棒200内的孪晶缺陷，即红外光线本身作为检测光。

本申请还公开了一种硅棒孪晶检测系统，本申请实施例的硅棒孪晶检测系统具体可以由本申请任意实施例的硅棒检测系统100构成，本申请实施例的硅棒孪晶检测系统在对硅棒200进行检测时，主要步骤如下：

(1)硅棒200放置在支撑旋转装置2上，三轴直线运动模组3沿X轴方向移动一段距离至硅棒200等径段处，3D传感器6测量该位置硅棒200的直径数据，三轴直线运动模组3根据硅棒200的直径数据调整位置，以便各检测装置处于最佳工作距离；

(2)支撑旋转装置2带动硅棒200沿其中心轴线缓慢旋转，3D传感器检测识别硅棒200的晶线O位置，当晶线O位置恰好到达3D传感器6的视野中心时，支撑旋转装置2停止转动，该位置为旋转零点位；

(3)三轴直线运动模组3沿X轴方向回至原点位，三轴直线运动模组3带动检测光发生器7和检测光接收器8自硅棒200的头部向硅棒200的尾同步运动，完成硅棒200一次长度、红外成像、晶线O数据采集；

(4)三轴直线运动模组3沿X轴方向回至原点位，硅棒200绕中心轴线旋转90度，重复上述数据采集工序，直至硅棒200累计旋转一周，完成第i次硅棒数据采集(2≤i≤4)；

(5)三轴直线运动模组3沿X轴方向回至原点位，检测控制模块统计硅棒200的长度、孪晶特征数据，判断硅棒200孪晶缺陷类型，结合硅棒长度数据，沿硅棒200轴向划线，确定并标记出孪晶缺陷位置，将结果上传至信息系统指导后道裁切工序。

需要说明的是，孪晶是指两个晶体(或一个晶体的两部分)沿一个公共晶面构成镜面对称的位向关系，这两个晶体就称为孪晶，此公共面就称为孪晶面。孪晶缺陷包括带状孪晶缺陷和阴阳面孪晶缺陷，硅棒200的晶线O有无断线是硅棒200有无孪晶缺陷的外部特征信息，硅棒200内部贯穿型分界线Q为硅棒200有无孪晶缺陷的内部特征信息，其中，贯穿型分界线Q是指：在孪晶面上的原子同时位于两个晶体点阵的结点上，为两个晶体所共有，是无畸变的完全共格晶面，因此它的界面能很低，很稳定，在显微镜下呈直线，这条直线称之为贯穿型分界线Q。带状孪晶可以通过硅棒200上的晶线O断线长度准确判断其长度，而阴阳面孪晶只能通过硅棒200晶线O断线长度大致判断其长度，无法精确阴阳面孪晶的长度。然而，相关技术中仅通过硅棒上晶线的断线位置来确定孪晶缺陷的长度，当孪晶种类为阴阳面孪晶时，孪晶缺陷的长度就会存在较大偏差，定位精度较低，导致在后续划线裁切工序中，就会将硅棒上的孪晶缺陷段裁切的过长或过短，不仅会增加后续返切工序，还会导致硅棒材料的浪费。而检测光发生器7和检测光接收器8可以通过硅棒200内部贯穿型分界线Q精确判断硅棒200晶线O的种类，也就是说，3D传感器6可以与检测光接收器8结合共同判定硅棒200的孪晶缺陷和种类。

具体地，如图12和图13所示，本申请的硅棒孪晶检测系统通过3D传感器检测硅棒200的晶线O断线位置，确定晶线O断线位置为硅棒200的孪晶缺陷位置，然后通过检测光发生器7和检测光接收器8检测硅棒200的晶线O断线位置对应的硅棒200内部是否存在贯穿型分界线Q且贯穿型分界线Q的长度大于硅棒200的直径，若是，则孪晶缺陷种类为阴阳面孪晶缺陷，如图12所示，阴阳面孪晶缺陷的长度范围S为贯穿型分界线Q的延长线与硅棒200外圆母线R的交点处所包含的区域，若否，则孪晶缺陷种类为带状孪晶缺陷，带状孪晶缺陷的长度范围为自晶线O断裂的起始点至终止点。

另外，若检测到硅棒200的晶线O断线位置对应的硅棒200内部存在贯穿型分界线Q，但贯穿型分界线Q的长度不大于硅棒200的半径，则此处不为孪晶缺陷，而有可能为位错缺陷，当然也有可能为表面划痕等。

由此，本申请实施例的硅棒孪晶检测系统通过硅棒200的外部特征信息(晶线O断线)和内部特征信息(贯穿型分界线Q)共同确定孪晶缺陷的种类，然后再根据孪晶缺陷的种类来精确确定孪晶缺陷的长度。与相关技术相比，本申请实施例的硅棒孪晶检测系统可以避免仅通过硅棒200的外部特征信息(晶线O断线)来确定孪晶缺陷的长度，可以有效避免孪晶缺陷的长度存在较大偏差的问题，检测精度较高，为后续划线裁切工序提供精确可靠位置坐标，可以有效避免在后续划线裁切工序中将硅棒200上的孪晶缺陷段裁切的过长或过短，减少硅棒200的返切工序，提高了生产效率，减少了硅棒200材料的浪费。

在一些实施例中，硅棒200的第一参数指标包括硅棒200的发白缺陷信息，检测装置还包括第一表面光源9和第一表面检测相机10，第一表面光源9和第一表面检测相机10均设在安装架4上，第一表面光源9用于向硅棒200的尾端发射第一光源，第一表面检测相机10用于接收硅棒200的尾端反射的第一光源，以获取硅棒200的带彩缺陷信息。需要说明的是，带彩缺陷主要表征为在硅棒200的尾部彩色环形图案，本申请的实施例主要采用可见光反射成像的方式进行检测。

具体地，如图4、图5和图7所示，第一表面光源9和第一表面检测相机10均与硅棒200的轴向呈现特定角度，该角度可以为30°-60°之间，优选地为45°。第一表面光源9发射可见光至硅棒200的尾端，硅棒200的尾端将光线反射进第一表面检测相机10，随着硅棒200绕中心轴线360°旋转一周，第一表面检测相机10采集硅棒200的尾端一周的环形图像，并通过检测控制模块判断是否含有彩色环状图案，从而判断硅棒200是否存在带彩缺陷。

在一些实施例中，硅棒200的第一参数指标包括硅棒200的发白缺陷信息，检测装置还包括第二表面光源11和第二表面检测相机12，第二表面光源11和第二表面检测相机12均设在安装架4上，第二表面光源11用于向硅棒200的表面发射第二光源，第二表面检测相机12用于接收硅棒200的表面反射的第二光源，以获取硅棒200的发白缺陷信息。需要说明的是，发白缺陷主要表征为硅棒200等径段的某一段呈现360°的白色环带。

具体地，如图4和图6所示，第二表面光源11和第二表面检测相机12垂直于硅棒200的轴线布置，第二表面光源11发射可见光至硅棒200表面，并反射进入第二表面检测相机12内，三轴直线运动模组3带动第二表面光源11和第二表面检测相机12自硅棒200的头部至尾部运动，第二表面检测相机12采集一次硅棒200外圆面数据，并根据有无白色条状图案判断该硅棒200有无发白缺陷。

可选地，第一表面检测相机10和第二表面检测相机12包括但不限于彩色或黑白相机、可见光或不可见光相机、线扫或面阵相机、2D或D相机等形式。

在一些实施例中，硅棒200的第二参数指标包括硅棒200的电性能信息，检测装置还包括激光刻印装置13和刻印识别装置14，激光刻印装置13和刻印识别装置14均设在安装架4上，激光刻印装置13用于在硅棒200的表面刻印图案P，刻印识别装置14用于检测硅棒200上刻印图案P的质量，以便于通过刻印图案P对硅棒200进行电性能检测。

具体地，如图4、图5、图10和图11所示，三轴直线运动模组3带动激光刻印装置13沿着硅棒200的轴线方向移动，根据预设值沿着硅棒200的轴线方向在硅棒200的表面刻印出若干个刻印图案P，用作硅棒200划线或标定检测区域，硅棒200划线是为检测后的截断工序提供的起始坐标原点，标定检测区域则制定了硅棒200电性能检测探头接触范围。电性能检测装置的探头通过刻印图案P位置进行接触式检测，需要说明的是，相关技术中，硅棒200的电性能检测时，均在裁断后的硅棒200的端面进行检测。也就是说，将长硅棒200分段裁切成短硅棒200后再对短硅棒200的裁切端面进行电性能的检测，无法通过检测硅棒200外圆面即获得电性能数据的有效方法，导致长硅棒200要等到切成短棒才能检测，检测工序后置，浪费生产加工资源。

可选地，如图11所示，刻印图案P为矩形刻印图案P。

在一些实施例中，硅棒200的电性能信息包括硅棒200的PN型、电阻率和少子寿命，检测装置还包括PN型电阻率检测仪15和少子寿命检测仪16，PN型电阻率检测仪15和和少子寿命检测仪16均设在安装架4上，PN型电阻率检测仪15通过硅棒200上的刻印图案P部位检测硅棒200的PN型和电阻率，少子寿命检测仪16通过硅棒200上的刻印图案P部位检测硅棒200的少子寿命。

具体地，如图4、图5和图11所示，通过硅棒200上刻印的刻印图案P，使三轴直线运动模组3带动PN型电阻率检测仪15和少子寿命检测仪16在硅棒200的轴线方向上运动，PN型电阻率检测仪15检测硅棒200的PN型和每一段硅棒200的电阻率，少子寿命检测仪16检测每一段硅棒200的少子寿命，以便于检测控制模块5综合分析硅棒200段的电性能参数，以便于进行分段和综合评级。

在一些实施例中，硅棒200的第一参数指标还包括硅棒200的重量信息，检测装置还包括称重装置，称重装置设在机架1和支撑旋转装置2之间，用于对硅棒进行称重。例如，称重装置由称重传感器及传感器安装座组成，负责检测硅棒200的重量。

在一些实施例中，本申请实施例的硅棒检测系统100还包括上下料装置17，上下料装置17包括上下料机械手1701、硅棒200转运车和转运停靠装置1703，硅棒200转运车用于将硅棒200运输至转运停靠装置1703位置处，上下料机械手1701用于抓取硅棒200进行上料或下料。

具体地，如图1所示，上下料机械手1701能够实现硅棒200的抓取和横移运动，包括但不限于直线模组、机械桁架、齿轮齿条等机构形式。硅棒200转运车负责将硅棒200从拉晶车间运送至检测工作区，转运停靠装置1703则负责将转运车停靠至合适位置，方便上下料机械手1701抓取或卸下。

本申请还公开一种硅棒检测方法。本申请实施例的硅棒检测方法应用于上述任一实施例中所述硅棒检测系统100，本申请的硅棒检测方法包括以下步骤：

S1、检测并获取硅棒200的第一参数指标；

S2、根据硅棒200的第一参数指标，确定硅棒200的异常段和正常段；

S3、确定硅棒200的异常段对应的评级为第五综合评级；

S4、对硅棒200的正常段进行划线分段，以获取多个待评级分段；

S5、检测并获取硅棒200的第二参数指标；

S6、根据各个待评级分段对应的第二参数指标确定待评级分段的综合评级。

具体地，硅棒200的分段评级方法确定硅棒200具有五个等级，即A、B+、B、C和D五个等级，其中A＞B+＞B＞C＞D，A最好，D最差，A为第一综合评级，D为第五综合评级。当在步骤S2中确定硅棒200的异常段时，直接将异常段判定为D等级(第五综合评级)，也就是不合格段硅棒200，后续划线裁切后不能用于制作硅片，需要进一步处理。

对于步骤S2中的正常段需要进一步检测第二参数指标(电性能参数指标)进一步划线分段，以获取多个待评级分段，在步骤S6中，根据各个待评级分段对应的第二参数指标确定待评级分段的综合评级。

本申请实施例的硅棒检测方法可以对硅棒200进行全维度、全角度的自动检测，并将多种检测结果进行综合分析后对硅棒200进行分段和评级，避免了相关技术中检测工人依据少数检测指标和经验对硅棒200进行分段评级造成的人为误差，提高了对硅棒200的分段评级精度。当指导后续划线裁断工序时，使得划线位置精度较高，裁切后的硅棒200段质量水平较稳定，可以大大减少甚至避免硅棒200的返切，减少了生产加工资源的浪费，提高了生产效率；另外还可以避免后续裁切工序中因划线不准确造成硅棒200裁切的过长或过短的问题，减少了硅棒材料的浪费。

在一些实施例中，硅棒200的第一参数指标包括硅棒200的长度、直径、晶线信息以及缺陷参数信息，根据硅棒200的第一参数指标，确定硅棒200的异常段和正常段，包括：根据硅棒200的长度，确定硅棒200的有效长度，根据硅棒200的直径、晶线信息以及缺陷参数信息，确定硅棒200的直径异常段、缺陷异常段和正常段，也就是说，硅棒200的异常段包括直径异常段和缺陷

本申请还公开一种硅棒孪晶检测方法。本申请实施例的硅棒孪晶检测方法应用于上述任一实施例中硅棒检测系统100，如图16所示，本申请的硅棒孪晶检测方法包括以下步骤：

S11、获取硅棒200的晶线O信息，判断是否存在晶线O断线位置。若存在晶线O断线位置，则执行步骤S12，若不存在晶线O断线位置，则可以认为硅棒200不存在内部缺陷，流程结束。

S12、检测晶线O断线位置对应的硅棒200的内部位置是否存在贯穿型分界线。若不存在贯穿型分界线，则执行步骤S13。

S13、判断晶线O断线位置的缺陷为带状孪晶缺陷。

由此，本申请实施例的硅棒孪晶检测方法可以通过晶线O断线信息和硅棒200内部贯穿型分界线信息,精确检测硅棒200的孪晶缺陷的位置和种类，用于后续精确指导孪晶缺陷段的划线裁切，避免针对孪晶缺陷种类判断错误而导致划线不精确，造成硅棒200的返切，减少了生产加工资源的浪费，提高了生产效率。

在一实施例中，如图17所示，上述步骤S11具体可以包括：

S111：采集硅棒200外圆面某一截面的轮廓点云数据，将轮廓点云数据进行连线分段，判断所有连线中存在斜率突变的分段为晶线O位置。

S112：获取每一条晶线O的全部点云数据，判断晶线O斜率未发生突变的区域为晶线O断线位置。

进一步地，在一实施例中，如图18所示，在步骤S12之后，若存在贯穿型分界线，则执行步骤S14，硅棒孪晶检测方法包括步骤：

S14：将贯穿型分界线Q的长度与硅棒200的半径进行比较。若贯穿型分界线Q的长度大于硅棒200的半径，则执行步骤S15。

S15：判断晶线O断线位置的缺陷为阴阳面孪晶缺陷。

进一步地，在一实施例中，在步骤S14之后，若贯穿型分界线Q的长度小于或等于硅棒200的半径，则执行步骤S16，硅棒孪晶检测方法包括步骤：

S16：判断晶线O断线位置的缺陷为非孪晶缺陷。以便于后续对非孪晶缺陷的硅棒200段进行分类处理。

在一些实施例中，带状孪晶缺陷的长度范围为自晶线O断裂的起始点至终止点。由此，当本申请实施例的硅棒孪晶检测方法检测到硅棒200上的孪晶缺陷为带状孪晶缺陷时，可以通过晶线O断裂的起始点至终止点的距离来快速确定带状孪晶缺陷的长度范围，用于后续精确指导孪晶缺陷段的划线裁切，提高了划线精度和划线效率，避免针对孪晶缺陷因划线不精确而造成硅棒200的返切。

在一些实施例中，阴阳面孪晶缺陷的长度范围为贯穿型分界线Q的延长线与硅棒200外圆母线的交点处所包含的区域。由此，当本申请硅棒孪晶检测方法检测到硅棒200上的孪晶缺陷为带状孪晶缺陷时，可以通过贯穿型分界线Q的延长线与硅棒200外圆母线的交点处所包含的区域来快速精确确定阴阳面孪晶缺陷的长度范围，用于后续精确指导孪晶缺陷段的划线裁切，避免针对孪晶缺陷因划线不精确而造成硅棒200的返切。

在一些实施例中，硅棒200的第二参数指标包括硅棒200的电性能信息，电性能信息包括电阻率和少子寿命；上述步骤S6具体可以，包括：

根据待评级分段对应的电阻率和少子寿命确定对应的电阻率评级和少子寿命评级，其中，电阻率评级和少子寿命评级包括第一评级、第二评级和第三评级。需要说明的是，硅棒200的电阻率和少子寿命硅棒200具有三个评级，即A、B和C三个评级，其中A＞B＞C，A最好，C最差，A为第一评级，C为第三评级。

如下表所示：

如果待评级分段的电阻率评级为第一评级(A)，且少子寿命评级为第一评级(A)，则待评级分段的综合评级为第一综合评级(A)；

如果待评级分段的电阻率评级为第一评级(A)，且少子寿命评级为第二评级(B)，则待评级分段的综合评级为第二综合评级(B+)；

如果待评级分段的电阻率评级为第一评级(A)，且少子寿命评级为第三评级(C)，则待评级分段的综合评级为第三综合评级(B)；

如果待评级分段的电阻率评级为第二评级(B)，且少子寿命评级为第一评级(A)，则待评级分段的综合评级为第二综合评级(B+)；

如果待评级分段的电阻率评级为第二评级(B)，且少子寿命评级为第二评级(B)，则待评级分段的综合评级为第三综合评级(B)；

如果待评级分段的电阻率评级为第二评级(B)，且少子寿命评级为第三评级(C)，则待评级分段的综合评级为第四综合评级(C)；

如果待评级分段的电阻率评级为第三评级(C)，且少子寿命评级为第一评级(A)，则待评级分段的综合评级为第三综合评级(B)；

如果待评级分段的电阻率评级为第三评级(C)，且少子寿命评级为第二评级(B)，则待评级分段的综合评级为第四综合评级(C)；

如果待评级分段的电阻率评级为第三评级(C)，且少子寿命评级为第三评级(C)，则待评级分段的综合评级为第五综合评级(D)。

在一些实施例中，上述根据待评级分段对应的电阻率和少子寿命确定对应的电阻率评级和少子寿命评级的步骤，具体可以包括：

如果待评级分段的电阻率属于第一预设电阻率范围，例如0.8＜r≤1.5，则确定电阻率评级为第一评级(A)，当然第一预设电阻率范围值r还可以根据检测需求设置成其他范围值；

如果待评级分段的电阻率属于第二预设电阻率范围，例如0.3＜r≤0.8，则确定电阻率评级为第二评级(B)，当然第二预设电阻率范围值r还可以根据检测需求设置成其他范围值；

如果待评级分段的电阻率属于第三预设电阻率范围，例如0＜r≤0.3，则确定电阻率评级为第三评级(C)，当然第三预设电阻率范围值r还可以根据检测需求设置成其他范围值；

如果待评级分段的少子寿命属于第一预设少子寿命范围，例如，t＞80，则确定电阻率评级为第一评级(A)，当然第一预设少子寿命范围t还可以根据检测需求设置成其他范围值；

如果待评级分段的少子寿命属于第二预设少子寿命范围，例如，20＜t≤80，则确定电阻率评级为第二评级(B)，当然第二预设少子寿命范围t还可以根据检测需求设置成其他范围值；

如果待评级分段的少子寿命属于第三预设少子寿命范围，例如，0＜t≤20，则确定电阻率评级为第三评级(C)，当然第三预设少子寿命范围t还可以根据检测需求设置成其他范围值。

如下表所示：

电阻率(Ωcm)	0＜r≤0.3	0.3＜r≤0.8	0.8＜r≤1.5
				电阻率性能评级	C	B	A
少子寿命(μs)	0＜t≤20	20＜t≤80	t＞80
				少子寿命性能评级	C	B	A

在一些实施例中，电性能信息还包括硅棒200的PN型，上述步骤S1具体可以包括：针对硅棒200的正常段，沿硅棒200的轴向间隔设置m1个电性能测试区，在每个电性能测试区沿硅棒200的周向间隔刻印n1个刻印图案P，检测每个刻印图案P位置对应的硅棒200的电阻率和少子寿命，并检测一次硅棒200的PN型；

根据各个电性能测试区中的所有刻印图案P位置对应的硅棒200的电阻率和少子寿命，确定每个电性能测试区的电阻率和少子寿命；

其中，则电性能测试区的电阻率为：

Rj为第j个电性能测试区的电阻率，Ri为每个电性能测试区第i个刻印图案P位置对应的电阻率，1≤i≤n1,1≤j≤m1。

电性能测试区的少子寿命为：

其中，Tj为第j个电性能测试区的少子寿命，Ti为每个电性能测试区第i个刻印图案P位置对应的少子寿命，1≤i≤n1,1≤j≤m1。

具体地，在一应用场景中，可以通过硅棒检测系统100采用以下方法进行硅棒200的正常段的电阻率和少子寿命检测：

(1)硅棒200的正常段的长度为L0，激光刻印装置13沿硅棒200轴向移动L1长度，结合3D传感器对晶线O位置的检测，在避开硅棒200晶线O的位置上刻印第一个矩形刻印图案P，矩形刻印图案P长度为a，宽度为b,优选地，a＝10mm，b＝5mm。

(2)硅棒200旋转特定角度(如90度)，刻印第二个矩形刻印图案P，重复该步骤，沿周向刻印n1个矩形刻印图案P,第一段电性能测试区刻印完成。

(3)激光刻印装置13沿硅棒200轴向再次移动L1长度，在该轴向位置沿周向刻印n1个刻印图案P，则激光刻印装置沿硅棒200轴向共移动m1＝L0/L1次，即将硅棒200测试段分为m1段，在硅棒200上共刻印m1*n1个电性能测试区域,每次刻印完成均通过刻印识别装置14检验测试区域的清晰度，确保检测效果.

(4)三轴直线运动模组3带动PN型电阻率检测仪15和少子寿命检测仪16移动至适当距离，使得PN型电阻率检测仪15和少子寿命检测仪16的传感器探头与刻印图案P的表面接触；

(5)PN型电阻率检测仪15运行并获取硅棒200的PN型、当前位置电阻率数据，少子寿命检测仪16运行，并获取当前位置少子寿命数据，每个刻印图案P位置采集一组电阻率和少子寿命数据，同一根硅棒200检测一次PN型，判定硅棒200为P型或者为N型。

(6)通过三轴直线运动模组3带动检测装置在X轴、Y轴、Z轴运动以及支撑旋转装置2带动硅棒200转动，完成所有电性能测试区域的全部数据采集工作，即采集m1*n1个组电性能数据，上传至检测控制模块；

(7)每一个电性能测试区的所有n1个电阻率数据取均值，为该电性能测试区的电阻率，每一个电性能测试区的所有n1个少子寿命数据取均值为该电性能测试区的少子寿命，即：

电性能测试区的电阻率为：

其中，Rj为第j个电性能测试区的电阻率，Ri为每个电性能测试区第i个刻印图案P位置对应的电阻率，1≤i≤n1,1≤j≤m1；

电性能测试区的少子寿命为：

其中，Tj为第j个电性能测试区的少子寿命，Ti为每个电性能测试区第i个刻印图案P位置对应的少子寿命，1≤i≤n1,1≤j≤m1。

由此，本申请实施例的硅棒检测方法通过沿着硅棒200的轴线方向在硅棒200的表面刻印出若干个刻印图案P，用作硅棒200电性能检测的检测位置，可以避免将长硅棒200分段裁切成短硅棒200后再对短硅棒200的裁切端面进行电性能的检测，也就是说，通过检测硅棒200外圆面即获得电性能数据的有效方法，不需要将长硅棒200要等到切成短棒才能检测，使得检测工序前置，减少了生产加工资源的浪费。另外，通过电性能检测后的结果来对硅棒200的正常段进行综合评级，可以将硅棒200的正常段按照综合评级进行划线裁切，使得裁切后的硅棒段质量水平稳定，可以大大减少甚至避免硅棒200的返切，提高了生产效率。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本申请中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种硅棒孪晶检测方法，其特征在于，包括：

获取硅棒的晶线信息，判断是否存在晶线断线位置；

响应于存在晶线断线位置，检测所述晶线断线位置对应的所述硅棒的内部位置是否存在贯穿型分界线；

响应于不存在贯穿型分界线，判断所述晶线断线位置的缺陷为带状孪晶缺陷。

2.根据权利要求1所述的硅棒孪晶检测方法，其特征在于，所述获取所述硅棒的晶线信息，判断是否存在晶线断线位置，包括：

采集所述硅棒外圆面某一截面的轮廓点云数据，将所述轮廓点云数据进行连线分段，判断所有连线中存在斜率突变的分段为晶线位置；

获取每一条晶线的全部点云数据，判断晶线斜率未发生突变的区域为晶线断线位置。

3.根据权利要求1所述的硅棒孪晶检测方法，其特征在于，在所述检测所述晶线断线位置对应的所述硅棒的内部位置是否存在贯穿型分界线的步骤之后，所述方法包括：

响应于存在贯穿型分界线，将所述贯穿型分界线的长度与所述硅棒的半径进行比较；

响应于所述贯穿型分界线的长度大于所述硅棒的半径，判断所述晶线断线位置的缺陷为阴阳面孪晶缺陷。

4.根据权利要求3所述的硅棒孪晶检测方法，其特征在于，在所述检测所述晶线断线位置对应的所述硅棒的内部位置是否存在贯穿型分界线的步骤之后，所述方法包括：

响应于所述贯穿型分界线的长度小于或等于所述硅棒的半径，判断所述晶线断线位置的缺陷为非孪晶缺陷。

5.根据权利要求1所述的硅棒孪晶检测方法，其特征在于，所述带状孪晶缺陷的长度范围为自晶线断裂的起始点至终止点。

6.根据权利要求3所述的硅棒孪晶检测方法，其特征在于，所述阴阳面孪晶缺陷的长度范围为所述贯穿型分界线的延长线与所述硅棒外圆母线的交点处所包含的区域。

7.一种硅棒孪晶检测系统，其特征在于，所述硅棒孪晶检测系统用于实施权利要求1-6中任一项所述的硅棒孪晶检测方法，所述硅棒孪晶检测系统包括：

机架；

支撑旋转装置，所述支撑旋转装置设在所述机架上用于支撑和旋转硅棒；

三轴直线运动模组，所述三轴直线运动模组设在所述机架上，所述三轴直线运动模组上设有安装架以带动所述安装架在X轴、Y轴和Z轴三个方向上运动；

检测装置，所述检测装置设在所述安装架上，所述检测装置用于获取所述硅棒的晶线信息以及所述硅棒内部的贯穿型分界线信息；

控制模块，所述控制模块包括运动控制模块和检测控制模块，所述运动控制模块与所述支撑旋转装置和所述三轴直线运动模组相连，所述检测控制模块与所述检测装置相连，所述检测控制模块用于根据所述硅棒的晶线信息判断是否存在晶线断线位置，以及根据所述硅棒内部的贯穿型分界线信息判断所述晶线断线位置的缺陷的缺陷类型。

8.根据权利要求7所述的硅棒孪晶检测系统，其特征在于，所述支撑旋转装置包括旋转基座、主动滚筒、从动滚筒和旋转电机，所述旋转基座设于所述机架上，所述主动滚筒和所述从动滚筒可转动地设在所述旋转基座上，且所述主动滚筒与所述从动滚筒的轴线平行，所述旋转电机与所述主动滚筒相连以驱动所述主动滚筒转动。

9.根据权利要求7所述的硅棒孪晶检测系统，其特征在于，所述检测装置包括：

3D传感器，所述3D传感器设于所述安装架上，用于获取所述硅棒的晶线信息；

检测光发生器和检测光接收器，所述检测光发生器和所述检测光接收器均设在所述安装架上且相对位于所述硅棒在其径向上的两侧，所述检测光发生器用于朝向所述硅棒发射检测光，所述检测光接收器用于接收穿过所述硅棒的检测光，以获取所述硅棒内部的贯穿型分界线信息。

10.根据权利要求9所述的硅棒孪晶检测系统，其特征在于，所述检测光发生器包括红外光源，所述检测光接收器包括红外相机，所述红外光源发出的红外光线射向所述硅棒，穿过所述硅棒的红外光线进入所述红外相机内；

或，所述检测光发生器包括红外光源和起偏元件，所述检测光接收器包括红外相机和检偏元件，所述红外光源发出的红外光线通过所述起偏元件射向所述硅棒，穿过所述硅棒的红外光线经所述检偏元件进入所述红外相机内。