一种单晶炉直拉对中校准系统的制作方法

1.本实用新型属于直拉单晶制造设备技术领域，尤其是涉及一种单晶炉直拉对中校准系统。


背景技术：

2.在单晶生长过程中，为保证晶体良好的生长环境，需要稳定的固液界面维持热场温度的分布，即单晶拉制过程中尽可能的减少液面抖动情况。然而单晶在生长过程中，提拉钢线和石英坩埚是同轴反向旋转，如果晶体棒和石英坩埚的旋转中心不重合，那么在石英坩埚旋转过程中，石英坩埚埚内的硅液对晶体棒的阻力会使晶体棒甩起来，使固液界面发生偏移，固液界面形状发生变化，从而影响石英坩埚内热场的分布，破坏晶体生长环境，导致晶体生长困难。为了保证单晶晶体的正常生长，就必须使提拉钢线和石英坩埚的旋转轴中心重合，在实际生产过程中，必须在每一炉次的晶体生长之前对提拉钢线和石英坩埚进行对中校准，保证提拉系统各部分均位于统一的中心轴线上。
3.目前，现有技术采用人眼观测的方法对单晶炉进行对中检测，即通过重锤在坩埚支架的中心位置放置一个水平刻度盘，用人眼从ccd摄像机的窗口中观测重锤是否在刻度盘的中心处，来加以判定提拉钢线和石英坩埚的轴线中心是否重合。但这种判断方法误差范围较大、检测精度低、且再现一致性差，检测效率低。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种单晶炉直拉对中校准系统，用于提拉钢线与石英坩埚同轴线校准，解决了现有对中校准方法出现的误差范围较大、检测精度低、且再现一致性差，检测效率低的技术问题。
5.为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
6.一种单晶炉直拉对中校准系统，用于提拉钢线与石英坩埚同轴线校准，包括：
7.置于单晶炉主室内侧并被悬空设置的校准部；
8.监测部；
9.以及用于与所述监测部连接的处理器；
10.其中，所述提拉钢线绷直设置；所述校准部与所述提拉钢线下端的重锤连接，且所述校准部下端面距离所述石英坩埚上端面有一定距离。
11.进一步的，所述监测部被设置于与所述提拉钢线同轴，并用于监测所述提拉钢线与所述校准部是否同轴。
12.进一步的，所述校准部下端面距离所述石英坩埚上端面高度为50
‑
60mm；且所述校准部为倒锥形结构，所述校准部高度不小于700mm。
13.进一步的，所述校准部下端面直径为220
‑
230mm。
14.进一步的，所述校准部重量为60
‑
70kg。
15.进一步的，所述监测部包括：
16.被设置在单晶炉副室顶部提拉头上的红外线发射器或红外线接收器；
17.和被设置在所述重锤上端面的红外线接收器或红外线发射器；
18.所述红外线接收器与置于所述主室外侧的所述处理器连接。
19.进一步的，在所述主室内还设有用于防止所述提拉钢线晃动幅度较大的稳固装置，所述稳固装置被设置在所述石英坩埚的上方。
20.进一步的，所述稳固装置包括相对设置的伸缩杆，所述伸缩杆一端固设于所述主室内侧壁，另一端悬空设置，且在所述伸缩杆远离所述主室内壁一侧设有卡爪；两个所述卡爪对位形成的空间被所述提拉钢线贯穿设置，且不与所述提拉钢线接触。
21.进一步的，所述伸缩杆轴线垂直于所述提拉钢线设置，且所述卡爪上端面水平设置。
22.进一步的，在所述卡爪内侧设有用于监控所述提拉钢线的位置传感器，所述位置传感器与所述处理器连接。
23.本实用新型对中校准系统结构设计简单，操作方便，不仅精准度高、误差范围小，而且再现性好，多次重复对中校准，结果稳定且一致性好，为后续晶体生长时确保晶体棒和石英坩埚的旋转中心重合奠定基础，降低了由于熔硅液面抖动造成的固液界面异常，降低固液界面形状发生变化，减小固液界面对石英坩埚内热场的影响，从而避免晶体棒受石英坩埚埚内的硅液的阻力被甩起来的风险，最大限度地保证单晶晶体的正常生长，提高晶体生长合格率，保证产品质量，整体误差率由现有的10％降低至5％，且再现一致性好，检测效率提高了5％左右。
附图说明
24.图1是本实用新型一实施例的对中校准系统的结构示意图；
25.图2是本实用新型一实施例的校准部的结构示意图；
26.图3是本实用新型另一实施例的对中校准系统的结构示意图；
27.图4是本实用新型一实施例的稳固装置的结构示意图。
28.图中：
29.10、主室
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20、副室
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30、提拉钢线
30.40、石英坩埚
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50、校准部
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60、监测部
31.61、红外线发射器
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62、红外线接收器
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70、稳固装置
32.71、伸缩杆
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72、卡爪
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73、位置传感器
33.80、ccd摄像机
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90、导流筒
具体实施方式
34.下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
35.本实施例提出一种单晶炉直拉对中校准系统，如图1所示，用于提拉钢线30与石英坩埚40同轴线校准，包括：置于单晶炉主室10内侧并被悬空设置的校准部50、监测部60、以及用于与监测部60连接的处理器，其中，监测部50与提拉钢线30同轴设置，并用于监测提拉钢线30与校准部50是否同轴；提拉钢线30绷直设置；校准部50与提拉钢线30下端的重锤连接，且校准部50的下端面距离石英坩埚40的上端面高度为50
‑
60mm。
36.进一步的，如图2所示，校准部50为倒锥形结构，类似于晶体生长时转肩结构，且校准部50的高度h不小于700mm，其下端面直径d为220
‑
230mm，校准部30重量为60
‑
70kg。校准部50的上端面设有与连接螺纹孔，通过细长的连接件与重锤连接。在本实施例中，校准部50是以晶体棒转肩段为模型设计的，其结构无限接近于拉制状态，可更好模拟拉晶状态。同时，在直拉单晶过程中，转肩是在放肩完成后开始，目的是为了保证不再继续把晶体生长的直径无限制地放大，需提高拉速改变晶体的生长方向，使晶体纵向生长；当晶体棒转肩段只要其高度h大于或等于700mm，下端面直径d为220
‑
230mm时，晶体纵向生长已稳定，且其一般重量为60
‑
70kg，这一结构的校准部50完全与实际晶体棒的转肩段相类似，可完全与提拉钢线30一同配合进行对中模拟校准。
37.进一步的，监测部60包括：被设置在单晶炉副室20顶部提拉头上的红外线发射器61和被设置在提拉钢线30下段部重锤上端面的红外线接收器62，如图1所示；当然，红外线接收器62也可被设置在单晶炉副室20顶部的提拉头上，红外线发射器61被设置在提拉钢线30下段部重锤上端面处，即红外线发射器61与红外线接收器62的位置互换，附图省略。无论监测部60的布置如何，但红外线接收器62一直与设置在主室外侧的处理器(附图省略)信号连接，处理器设置在单晶炉的外设电脑端的控制面板上。红外线发射器62的输出端与红外线接收器62的输入端连接，红外线接收器62的输出端与处理器的输入端连接，处理器的输出端与红外线发射器62的输入端连接。红外线接收器62与红外线发射器61上下对应设置，红外线发射器61和红外线接收器62均为常用的附件，在此型号及尺寸不具体要求，同时其安装结构也不做具体限定。
38.当提拉钢线30带动校准部50缓慢下降至石英坩埚40上端面的50
‑
60mm处，也即是相当于实际拉制过程中晶体转肩下端面距离石英坩埚40上端面的距离范围，当校准部50被稳定悬空设置时，提拉钢线30与校准部50在同一中心轴线上，红外线发射器61发射激光束，红外线接收器62接收信号，一旦提拉钢线30与校准部50不是同轴心，则红外线发射器61发射的激光束无法被红外线接收器62接收到，则处理器收到未对中信息；继续调整提拉钢线30和校准部50的位置，直至红外线发射器61发射的激光束被红外线接收器62接收到，则处理器即可看到提拉钢线30和校准部50上下对应的幅度范围是否在标准范围内，即可判断对中的准确度。
39.如图3所示，为了进一步提高提拉钢线30和校准部50在对中校准时的校准时间，还可以在主室10内还设有用于防止提拉钢线30晃动幅度较大的稳固装置70，稳固装置70被水平固定设置在石英坩埚40的正上方。优选地，稳固装置70设置的位置与设置在主室10上的ccd摄像机80是错位设置，防止其影响ccd摄像机80观察石英坩埚40中重锤及籽晶位置。
40.如图4所示，稳固装置70包括对称设置的伸缩杆71，伸缩杆71的一端固设于主室10的内侧壁，另一端悬空水平设置，伸缩杆71轴线水平垂直于主室10的内侧壁，且垂直于竖直设置的提拉钢线30。伸缩杆71可受处理器控制自动沿水平方向向提拉钢线30一侧或远离提拉钢线30一侧移动。伸缩杆71远离主室10的内壁一侧设有卡爪72，卡爪72的上端面水平设置。卡爪72为左右可自动控制的机械手结构，此结构为常用结构，目的是使两个卡爪72对位形成一空间可扩大或缩小，这个由两个卡爪72所围成的空间被提拉钢线30贯穿设置，且不与提拉钢线30接触。在开始靠近提拉钢线30时，围成的空间较大，随着伸缩杆71缓慢向前伸开，卡爪72所围成的空间逐步缩小，从而使提拉钢线30在一个相对较小的环形空间内摆动，
从而缩小了提拉钢线30与校准部50对中校准的时间。
41.卡爪72距主室10内壁最短径向距离不大于导流筒90上端面外壁距主室10内壁的径向距离。目的是在不需要稳固装置70对提拉钢线30进行围设时，防止稳固装置70影响晶体的拉制，尤其是对氩气流的影响。
42.进一步的，为了保证卡爪72启动的准确性，在卡爪72的内侧设有用于监控提拉钢线30的位置传感器73，在本实施例中，只在一侧的机械手62上设置位置传感器即可。位置传感器73的位置优选设置在卡爪72内与提拉钢线30平行的中间轴线处，位置传感器73监控到提拉钢线30，就会将信号发送到处理器上，处理器再控制伸缩杆71向靠近提拉钢线30的一侧移动，直至卡爪72的弧形水平面的中心位置与提拉钢线30的位置相适配。
43.本实用新型以晶体棒转肩段为模型设计出专用的校准部50，并使校准部50与提拉钢线30一同配合进行对中模拟校准，再通过监测部60和处理器一起快速并准确地判断提拉钢线30和石英坩埚40的同轴度校准的准确性和一致性。稳固装置70的设置可防止提拉钢线30晃动幅度过大，缩短提拉钢线30与校准部50对中校准的时间。对中校准系统结构设计简单，操作方便，不仅精准度高、误差范围小，而且再现性好，可多次重复对中校准，判断提拉钢线30与校准部50对中结果的稳定性和一致性，为后续晶体生长时确保晶体棒和石英坩埚的旋转中心重合奠定基础。
44.一种单晶炉直拉对中校准方法，采用如上所述的校准系统，步骤包括：
45.s1：使校准部50固定安装在提拉钢线30下端部的重锤上，并使提拉钢线30绷直；控制提拉钢线30带动校准部50缓慢地从副室20移动至单晶炉主室10内的设定位置处，即使校准部50悬空设置在位于距离主室10内的石英坩埚40的正上方50
‑
60mm处。
46.s2：当校准部50的位置处于稳固装置70的下方，且校准部50达到距离主室10内的石英坩埚40正上方的50
‑
60mm处后，卡爪72内的位置传感器73可监控到提拉钢线30位置的信号，并将信号传递给处理器，处理器再控制两侧的伸缩杆71同步向提拉钢线30一侧移动，并使提拉钢线30被稳固在两个卡爪72所围成的一定空间范围内，且使提拉钢线30不与卡爪72的内壁接触。
47.s3：待校准部50稳定后，通过监测部60自动监控提拉钢线30与校准部50是否同轴设置；通过处理器记录每一次的监控结果并判断是否一致。
48.具体地，当校准部50被稳定悬空设置时，提拉钢线30与校准部50在同一中心轴线上，红外线发射器61发射激光束，红外线接收器62接收信号，一旦提拉钢线30与校准部50不是同轴心，则红外线发射器61发射的激光束无法被红外线接收器62接收到，则处理器收到未对中信息；继续调整提拉钢线30和校准部50的位置，直至红外线发射器61发射的激光束被红外线接收器62接收到，则处理器即可看到提拉钢线30和校准部50上下对应的幅度范围是否在标准范围内，即可判断对中的准确度。
49.s4：对中校准完成后，控制稳固装置70中的伸缩杆71回撤，并使卡爪72松开并远离提拉钢线30移动，以使校准部50被缓慢提拉至副室20内的初始位置处。
50.s5：重复步骤s1
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s4，多次对中校准，并对比三次校准的位置是否在标准的范围内。
51.采用上述校准方法，降低了由于熔硅液面抖动造成的固液界面异常，降低固液界面形状发生变化，减小固液界面对石英坩埚内热场的影响，从而避免晶体棒受石英坩埚埚内的硅液的阻力被甩起来的风险，最大限度地保证单晶晶体的正常生长，提高晶体生长合
格率，保证产品质量，整体误差率由现有的10％降低至5％，且再现一致性好，检测效率提高了5％左右。
52.1、本实用新型以晶体棒转肩段为模型设计出专用的校准部，并使校准部与提拉钢线一同配合进行对中模拟校准，再通过监测部和处理器一起快速并准确地判断提拉钢线和石英坩埚的同轴度校准的准确性和一致性。
53.2、本实用新型对中校准系统结构设计简单，操作方便，不仅精准度高、误差范围小，而且再现性好，多次重复对中校准，结果稳定且一致性好，为后续晶体生长时确保晶体棒和石英坩埚的旋转中心重合奠定基础。
54.3、本实用新型提出的校准方法，降低了由于熔硅液面抖动造成的固液界面异常，降低固液界面形状发生变化，减小固液界面对石英坩埚内热场的影响，从而避免晶体棒受石英坩埚埚内的硅液的阻力被甩起来的风险，最大限度地保证单晶晶体的正常生长，提高晶体生长合格率，保证产品质量，整体误差率由现有的10％降低至5％，且再现一致性好，检测效率提高了5％左右。
55.以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。