CN202482491U - 高度分析设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种高度分析设备，其包括：一上下移动的驱动模块；一连接于所述驱动模块的夹头模块，所述夹头模块包括一第一夹头、一第二夹头及一设置于所述第一夹头与第二夹头之间的压力缓冲器；一被所述夹头模块所夹固的测量棒，其中所述第一夹头活动地夹固于测量棒，所述第二夹头固定地夹固于测量棒；以及一固定于所述测量棒并且连接于所述第一夹头的切换开关。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种高度分析设备，具体地说，涉及的是一种分析位置随时间变化的对象的高度分析设备。
背景技术
传统多晶硅成长炉大致可分为三种：第一种是熔融液与结晶过程在不同坩埚中进行的铸造方式；第二种熔融与结晶过程在同一坩埚中进行；以及第三种不使用坩埚的电磁铸造法。
定向凝固法（DSS）是目前市场上生产多晶硅晶锭的主流方法，而对于使用坩埚的多晶长晶炉而言，其制备工艺受限于坩埚本身的物理性能差异、硅原料种类差异、铸造炉热场老化程度、铸造炉温控热电偶老化程度与铸造炉本身其它性质，使得晶体成长条件出现很大变化，因此在长晶过程中，必须使用石英棒以由上而下的方式测量坩埚中晶锭或长晶原料的高度，以分析坩埚中晶体高度变化的速率，进而监控长晶的质量。
传统的晶体高度分析方式是操作者将石英棒插入多晶硅铸造炉的顶部所设置的孔道，如Pyrometer-Dipping孔道、TC-1孔道、OT等其它孔道，并向下移动至坩埚处，以测知晶锭的高度。然而在实际作业时，由于必须以人工的方式判断石英棒是否已经接触到晶锭或长晶原料，故判断的标准取决于操作者的经验与感觉，使得测量的结果出现相当多的不确定因素，也会导致后续计算晶体成长速率的误差。例如，当石英棒接触到晶锭后，若操作者持续施力，而在多晶硅铸造炉的高温环境下，石英棒会因施力过大而产生弯曲，因此导致操作者获得不精准的高度位置，而根据此数据所计算的晶体成长速率则具有相当明显的误差。也有研究人员将压电式传感器、压阻式传感器或是应变式传感器设置在石英棒上，用来将石英棒接触到晶锭的压力转换为电压或电流信号，以进一步控制石英棒的移动，然而，此作法的灵敏度过低，故所测得的数据的精确度仍然很低，而且石英棒也可能因与晶锭接触时间较长，使得石英棒黏附在晶锭上，造成棒子断裂或是因为石英棒与晶锭两者热膨胀系数差异，导致晶锭内裂的问题的发生。
实用新型内容
本实用新型提供一种高度分析设备，其可有效率地进行对象的高度的分析与测量。
本实用新型提供一种高度分析设备，其可自动化地控制测量棒的移动，以达到高度测量分析的稳定性与精确性。
本实用新型作提供一种高度分析设备，其中，压力缓冲器具有高灵敏度，其可有效监控测量棒在触底时的压力，故测量棒不易沾附硅料，以避免测量棒接触时间较常，进而解决石英棒黏附在晶锭上，造成棒子断裂或者因为石英棒与晶锭两者热膨胀系数差异导致晶锭内裂的问题。
本实用新型提供一种高度分析设备，其可避免测量棒在触底时的持续下移，故可解决测量棒在高温下因施力过大而产生弯曲所导致的测量准确性不佳的问题。
本实用新型提供一种高度分析设备，其具有便于操作者使用的效果。
本实用新型实施例提供一种高度分析设备，包括：一上下移动的驱动模块；一连接于所述驱动模块的夹头模块，所述夹头模块包括一第一夹头、一第二夹头及一设于第一夹头与第二夹头之间的压力缓冲器；一被所述夹头模块所夹固的测量棒，其中，所述第一夹头可活动地夹固于所述测量棒，所述第二夹头固定地夹固于所述测量棒；以及一固定于所述测量棒且连接于第一夹头的切换开关；其中高度分析设备可用于分析一位置随时间变化的对象的高度。
本实用新型具有以下有益的效果：本实用新型高度分析设备以较佳的效率、自动化控制测量棒的移动，故可使测量分析的工作具有一定的参数控制，进而达到较佳的测量准确度；另外，压力缓冲器可降低测量棒对坩埚中的长晶原料或晶体的接触正向力，避免测量棒在高温下因施力过大而产生弯曲所导致的测量准确性不佳的问题。此外，本实用新型高度分析设备可在不需归零的情况下直接使用，故在操作上相当便利。
为了能更进一步了解本实用新型的优点及技术内容，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图，所附图式仅提供参考与说明，并非用来对本实用新型加以限制。
附图说明
图1为本实用新型高度分析设备在一般的受力状态下的示意图；
图2为本实用新型高度分析设备在触底的受力状态下的示意图。
主要元件符号说明：
1.高度分析设备；11.驱动模块；12.夹头模块；121.第一夹头；122.第二夹头；123.压力缓冲器；13.测量棒；14.切换开关；15.高度指示单元；151.读取头；152.高度标记；Ⅰ.晶体。
具体实施方式
本实用新型提供一种高度分析设备，其可测量对象的高度位置，尤其可应用在位置随时间变化的对象的高度的分析上，举例来说，本实用新型高度分析设备可应用于晶体铸造炉，当晶体铸造时，坩埚中的长晶原料（例如：蓝宝石（Al2O3）、硅（Si）、氟化钙（CaF2）、碘化钠（NaI）或其它卤化物基团盐晶体等）会被熔化，而当熔融材料均匀化之后，即可开始晶种的成长，进而成长为晶锭，在此情况下，晶锭表面的高度也会不断的上升，故本实用新型高度分析设备可用于测量晶锭表面的高度，进而分析晶体的成长参数，例如晶体成长速度、长晶原料的融速等。
请参考图1，本实用新型高度分析设备1至少包括驱动模块11、夹头模块12、测量棒13及切换开关14，其中驱动模块11主要用于带动夹头模块12、测量棒13及切换开关14相对于对象，例如用来成长的晶体I，进行移动，在本具体实施例中，驱动模块11为可上下移动的马达、导螺杆、汽缸等，以驱动测量棒13相对于晶体I进行垂直移动。
夹头模块12则包括第一夹头121、第二夹头122及设置在第一夹头121与第二夹头122之间的压力缓冲器123。夹头模块12是设置于驱动模块11与测量棒13之间的固定模块，换言之，驱动模块11通过夹头模块12对测量棒13（例如石英棒）进行控制；另外，压力缓冲器123，例如可压缩的弹簧等，设置于第一夹头121与第二夹头122之间，以降低测量棒13对坩埚中的长晶原料或晶体I的接触正向力，避免测量棒13在高温下因施力过大而弯曲所导致的测量准确性不佳的问题的发生。具体地说，第一夹头121分别与驱动模块11和测量棒13连接，而第一夹头121可活动地夹固于测量棒13，换言之，第一夹头121在一般的受力状态下（即测量棒13未触及晶体I）可随着测量棒13移动，或者第一夹头121在触底的受力状态下（即测量棒13已触及晶体I，此时测量棒13为不动状态）可被驱动模块11带动下移；第二夹头122则固定地夹固于测量棒13，换言之，第二夹头122的移动与测量棒13同步，而压力缓冲器123则可随着第一夹头121与第二夹头122的位置变化而保持一般态样或是压缩态样。
另外，如图1所示，切换开关14固定于测量棒13并且与第一夹头121连接，切换开关14可电性耦接于驱动模块11，以控制驱动模块11进行上移或下移的动作。
以下，本实用新型将以分析晶体的成长参数，例如晶体长速、长晶原料的融速的过程说明上述高度分析设备1的应用。
如图1所示，在一般的受力状态（即测量棒13未触及晶体I）下，驱动模块11带动夹头模块12、测量棒13及切换开关14朝向晶体I（即向下）移动，此时，第一夹头121是固定在测量棒13上的，并随着测量棒13移动，且在本实施例中，切换开关14电性耦接于驱动模块11，故可利用切换开关14与第一夹头121的接触而输出一下移信号，以控制驱动模块11持续带动夹头模块12、测量棒13及切换开关14向下移动；值得说明的是，本实用新型并不限制切换开关14输出上移或下移信号的切换模式。另一方面，由于第一夹头121与第二夹头122的位置维持固定，故压力缓冲器123并未产生压缩。
请配合图2，其显示在触底的受力状态下（即测量棒13已触及晶体I）的情况。由图1至图2的过程中，测量棒13持续地向下移动，当测量棒13的端部接触到晶体I（或是坩埚、其它原料），测量棒13本身就被晶体I（或是坩埚、其它原料）施加一向上的力量，而对第一夹头121而言，此一向上的力量可使第一夹头121脱离测量棒13，故第一夹头121仍受驱动模块11的带动而持续下移；另一方面，由于第二夹头122与切换开关14固定于测量棒13上，故在测量棒13接触到晶体I的状态下，第二夹头122与切换开关14的位置就因晶体I触底而不再移动。
因此，针对第一夹头121与第二夹头122而言，在测量棒13接触到晶体I的时间点，第一夹头121持续下移，而第二夹头122则固定不动，故压力缓冲器123受到第一夹头121的下移而被压缩，压力缓冲器123则因压缩而产生弹性回复力，所述弹性回复力可以抵抗驱动模块11的向下带动力量，藉此，驱动模块11的向下带动力量不会过度地施加于测量棒13上，进而降低测量棒13对坩埚中的长晶原料或晶体I的接触正向力，避免测量棒13在高温下因施力过大而弯曲所导致的测量准确性不佳的问题。
另一方面，针对第一夹头121与切换开关14而言，由于在测量棒13接触到晶体I的时间点，第一夹头121持续下移，而切换开关14则固定不动，故使得第一夹头121与切换开关14彼此脱离，如图2所示，在此状态下，切换开关14即可输出一上移信号，以控制驱动模块11反向带动夹头模块12、测量棒13及切换开关14向上移动。
藉此，操作者即可在长晶制备工艺中利用上述方法根据测量棒13下移的深度来计算晶体的成长参数，例如晶体成长速度、长晶原料的融速等。
根据上述分析方法，本实用新型高度分析设备1可以利用自动控制的方法达到驱动测量棒13下移或上移的目的，故在操作上可达到程序化，且测量上可避免人为控制的误差，故测量结果更为精准。
再一方面，在另一实施例中，本实用新型高度分析设备1更可包括一高度指示单元15，其可用于指示测量棒13的高度，让操作者可快速得知测量棒13移动的距离。在本具体实施例中，高度指示单元15包括一设置于第二夹头122上的读取头151及一对应读取头151的高度标记152，例如读取头151为光学读取头，而高度标记152为光学尺，或者读取头151为磁性读取头，而高度标记152为磁性尺；另外，切换开关14可电学耦接于读取头151，以输出信号控制读取头151的读取动作。
在操作上，同样先利用驱动模块11持续地带动夹头模块12、测量棒13及切换开关14向下移动，且在测量棒13开始移动时，读取头151可先读取其在高度标记152上所标示的高度。
接着，当测量棒13的端部接触到晶体I（或是坩埚、其它原料）时，第一夹头121与切换开关14相互脱离，切换开关14可同时输出上移信号与读取信号以分别控制驱动模块11与读取头151，使驱动模块11反向带动夹头模块12、测量棒13及切换开关14向上移动，而读取头151则同时读取其在高度标记152上所标示的高度，并利用读取头151所记录的高度计算测量棒13的移动距离。藉此，经过多次的高度分析、测量后，即可计算出晶体的成长参数，例如晶体成长速度、长晶原料的融速等。
综上所述，本实用新型高度分析设备至少可以达到以下效果：
1、本实用新型高度分析设备可利用自动化控制的方式控制测量棒的位移，故可一致性地控制驱动模块的驱动力、第一夹头脱离测量棒的触底作用力等参数，进而避免人工操作的误差。
2、本实用新型高度分析设备具有一压力缓冲器，故在触底的状态下，压力缓冲器可降低驱动模块带动测量棒对坩埚中的长晶原料或晶体的接触正向力，避免测量棒在高温下因施力过大而弯曲所导致的测量准确性不佳的问题。
3、本实用新型高度分析设备更可具有一高度指示单元，故在操作上可在任一位置开始进行高度的分析而不需归零，故在使用上相当方便。
以上所述仅为本实用新型的较佳可行实施例，并非用于限制实用新型的专利保护范围，故举凡运用本实用新型说明书及图示内容所做的等效技术变化，均包含在本实用新型的保护范围内。
Claims (10)
1.一种高度分析设备，用于分析一位置随时间变化的对象的高度，包括：
一上下移动的驱动模块；
一连接于所述驱动模块的夹头模块，所述夹头模块包括一第一夹头、一第二夹头及一设于所述第一夹头与第二夹头之间的压力缓冲器；
一被所述夹头模块所夹固的测量棒，其中所述第一夹头活动地夹固于所述测量棒，所述第二夹头固定地夹固于所述测量棒；以及
一固定于所述测量棒且连接于第一夹头的切换开关。
2.根据权利要求1所述的高度分析设备，其特征在于，包括一高度指示单元。
3.根据权利要求2所述的高度分析设备，其特征在于，所述高度指示单元包括一设置于所述第二夹头上的读取头及一对应所述读取头的高度标记。
4.根据权利要求3所述的高度分析设备，其特征在于，所述切换开关接触或不接触所述第一夹头。
5.根据权利要求3所述的高度分析设备，其特征在于，所述测量棒为石英棒。
6.根据权利要求3所述的高度分析设备，其特征在于，所述压力缓冲器为弹簧。
7.根据权利要求3所述的高度分析设备，其特征在于，所述读取头为光学读取头，所述高度标记为光学尺。
8.根据权利要求3所述的高度分析设备，其特征在于，所述读取头为磁性读取头，所述高度标记为磁性尺。
9.根据权利要求3所述的高度分析设备，其特征在于，所述切换开关电学耦接于所述读取头。
10.根据权利要求1所述的高度分析设备，其特征在于，所述切换开关电学耦接于所述驱动模块。
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