单晶炉非接触式硅料液面位置测量方法及装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102995111A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102995111A(43)申请公布日2013.03.27(21)申请号201210441205.4(22)申请日2012.11.07(71)申请人北京七星华创电子股份有限公司地址100015北京市朝阳区酒仙桥东路1号M2楼2层(72)发明人陈世斌张燕玲陶智贵(74)专利代理机构北京路浩知识产权代理有限公司11002代理人王莹(51)Int.Cl.C30B15/20(2006.01)C30B29/06(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书44页页附图附图33页(54)发明名称单晶炉非接触式硅料液面位置测量方法及装置(57)摘要本发明公开了单晶制造技术领域中的单晶炉非接触式硅料液面位置测量方法及装置。本发明包括用于采集导流筒下口内侧在硅料液面上投影图像的摄像头、和摄像头连接的用于测量图像上两个点之间的距离和计算图像采集点到硅料液面的距离的计算机、用于对硅料液面的位置进行调整的PLC。本发明能够直接准确测量在高温负压环境下液态多晶硅料的液面相对位置，减少现场单晶工人的劳动强度，为自动化的单晶炉提供低成本高可靠的液面检测方案。CN10295ACN102995111A权利要求书1/1页1.一种单晶炉非接触式硅料液面位置测量装置，其特征是，该装置用于通过导流筒下口内侧在硅料液面上的投影在摄像头上的成像来控制埚跟比，该装置包括：摄像头，用于采集导流筒下口内侧在硅料液面上投影的图像；和摄像头连接的计算机，用于测量图像上两个点之间的距离和计算图像采集点到硅料液面的距离；和计算机连接的PLC，用于对硅料液面的位置进行调整。2.一种利用权利要求1所述装置的单晶炉非接触式硅料液面位置测量方法，其特征是，该方法包括以下步骤：S1：通过摄像头采集埚跟比为设定值时导流筒下口内侧在硅料液面的投影图像；S2：在所述投影图像上测量导流筒下口内侧直径在硅料液面上的投影距离；S3：计算摄像头到硅料液面的距离；S4：实时采集导流筒下口内侧在硅料液面的投影图像，当实时采集的投影图像计算得到的摄像头到硅料液面的距离和埚跟比为设定值时摄像头到硅料液面的距离不同时，通过计算机控制PLC对硅料液面的位置进行调整，直至和设定的埚跟比相等为止。3.根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述摄像头到硅料液面的距离的计算公式为：L=(H×f)/h其中：L为摄像头到硅料液面的距离；H为导流筒下口内侧直径值；f为摄像头的焦距；h为导流筒下口内侧直径在硅料液面上的投影距离。4.根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述步骤S4具体为：S41：摄像头采集导流筒下口内侧在硅料液面的投影图像；S42：当根据步骤S41采集的投影图像计算的摄像头到硅料液面的距离和埚跟比为设定值时摄像头到硅料液面的距离的差在设定范围内时，返回步骤S41，否则进入步骤S43；S43：当所述的差为正值时，控制PLC增加坩埚的上升速度并降低单晶硅棒的生长拉速，返回步骤S41；当所述的差为负值时，控制PLC降低坩埚的上升速度并增加单晶硅棒的生长拉速，返回步骤S41。5.根据权利要求4所述的方法，其特征是，所述增加坩埚的上升速度为：使得此刻坩埚的上升速度每小时增加4毫米。6.根据权利要求4所述的方法，其特征是，所述降低单晶硅棒的生长拉速为：使得此刻单晶硅棒的生长拉速每小时降低6毫米。7.根据权利要求4所述的方法，其特征是，所述降低坩埚的上升速度为：使得此刻坩埚的上升速度每小时降低4毫米。8.根据权利要求4所述的方法，其特征是，所述增加单晶硅棒的生长拉速为：使得此刻单晶硅棒的生长拉速每小时增加6毫米。2CN102995111A说明书1/4页单晶炉非接触式硅料液面位置测量方法及装置技术领域[0001]本发明涉及单晶制造技术领域，特别涉及单晶炉非接触式硅料液面位置测量方法及装置。背景技术[0002]直拉单晶制造是把原料多硅晶块放入石英坩埚中，在高温负压的环境中加热融化形成液态硅料，使用籽晶插入液态硅料液面完成引晶、放肩、等径生长，最终生产出单晶硅棒。如附图1所示的在单晶炉里生长的单晶硅棒，在该生产过程中，需要液态多晶硅料的液面位置始终位于加热器的加热理想区不变，这样才能保证固体单晶硅棒与液态多晶硅料的固液交界面有合适的生长温度和单晶生长时液面的稳定。图1中，单晶硅棒的生长拉速vj远远大于或小于液态多晶硅料液面的升速vg时，都会发生液面离开加热理想区域的情况，因此，保证vj和vg相互匹配，才能使液态多晶硅料的液面位置始终位于加热器的加热理想区。通常将vj与vg的比值称为埚跟比，只有保证了埚跟比，才能保证液态多晶硅料的液面位置始终位于加热器的加热理想区。[0003]目前没有任何直接检测液面位置的方法和技术，只能靠人工