[发明专利]观测石英玻璃坩埚透明层中气泡的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种能用于观测透明石英玻璃坩埚中气泡含量与尺寸的装置，应用于单晶生长用半透明石英坩埚领域，此装置可用于观测石英坩埚的真空透明层。

背景技术

石英玻璃坩埚作为硅料装载容器，是单晶硅棒生产中的重要辅件，在光伏及半导体单晶硅工业有着大量的应用。石英玻璃坩埚的品质直接影响到单晶硅品质，进而影响到最终产品太阳能电池和半导体器件的性能。近年来，太阳能光伏产业的竞争激烈，单晶硅棒生产企业也在不断降低成本来保持企业竞争力，如采取单炉持续加料拉制多根硅棒来提高效率等措施。因此石英玻璃坩埚也需有更高的品质来满足单晶硅生产企业的要求。透明层气泡改善便是石英坩埚生产企业在不断努力的一个重要方向。按照公开的已知技术，石英玻璃坩埚的制作过程一般采用真空电弧工艺法。即利用离心成型为基础，利用成型棒，使石英砂粉料在具有抽真空气孔的石墨模具腔体内预成型（石墨模具插入在金属水冷套内），并开始抽真空。然后将石墨电极起弧并插入已成型的石英砂粉料腔体内，通过高温电弧对坯体进行灼烧，使其快速熔化成坩埚形状的熔融石英。其中在熔融开始3~5min后停止抽真空。待石英玻璃坩埚冷却后取出，即完成一个毛坯的生产，再经切割洗净等处理后进行内表面喷涂形成涂层，进而完成了一个石英玻璃坩埚成品的制作。

石英坩埚的真空透明层在起弧后开始形成，3~5min后达到所需厚度。真空透明层在形成过程中，由于石英砂颗粒之间存在间隙、抽真空工艺设计以及杂质污染等原因，会产生一些气泡。其中较大的气泡，可以肉眼区分和判定；一些极小的肉眼难见的微气泡（一般0.5mm以下），就无法观测和区分了。但这些微小气泡多数富集在透明层表层以下0~500um区，在石英玻璃坩埚长时间拉晶使用过程中，会不断膨胀变大，甚至溢出至坩埚内表面，在熔硅侵蚀下破裂，气泡内包裹的气体杂质会溶入硅液中可能影响硅棒品质。如果大量微小气泡在石英坩埚表面破裂，还会破坏涂敷的钡结晶层。石英坩埚表面的硅酸钡结晶层起到阻隔熔硅保护石英坩埚的作用，被破坏后可能会造成石英坩埚内表产生针孔状渗硅的不良现象，严重时还会导致涂层脱落，会严重影响单晶生长过程，降低成品率。因此，开发一种观测坩埚透明层的气泡密度，表层微气泡密度的方法和装置，对管控和改善石英坩埚质量意义重大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在非接触和无损条件下，有效观测石英玻璃坩埚不同位置透明层内微气泡的观测石英玻璃坩埚透明层中气泡的装置。

本发明的技术解决方案是：

一种观测石英玻璃坩埚透明层中气泡的装置，其特征是：包括辅助平台基座，辅助平台基座上设置石英坩埚放置平台，垂直固定导轨固定连接在基座的一侧，水平活动导轨连接在垂直固定导轨上，水平活动导轨前端与垂直活动导轨相连，垂直活动导轨的下端装有连接杆，连接杆插入与之相匹配的电动镜头支架内，变焦镜头装配在电动镜头支架上；变焦镜头通过光纤与计算显示器连接，电动镜头支架通过电缆与计算显示器连接。

变焦镜头是具有超景深三维显微测量功能的数码显微镜的镜头；具有超景深三维显微测量功能的数码显微镜选用KEYENCE生产的VHX-2000C，匹配20~200倍的超小型高性能变焦镜头VH-Z20W。

所述辅助平台基座选用SUS304、花岗岩或大理石。

所述石英坩埚放置平台通过辅助平台导轨装在辅助平台基座上，述石英坩埚放置平台使用保护罩来避免杂物掉入石英坩埚内部。

所述辅助平台导轨的移动采用电动方式调节.

所述辅助平台导轨材料采用镀铬处理的不锈钢。

所述垂直活动导轨上的连接杆为角度可调节模式，可调节变焦镜头至石英坩埚的侧壁、转角及底部。

观测操作步骤：

（1）接通电源开启整个系统，调节垂直活动导轨的电钮使其上升至最高位；

（2）通过调节连接杆使变焦镜头校准至所需观测的方向，如调节至水平位置观测石英坩埚侧壁透明层气泡；

（3）将待测石英坩埚放置在石英坩埚放置平台上，调节水平活动导轨与垂直活动导轨使变焦镜头接近观测位置；

（4）设定好变焦镜头的放大倍率，通过调节计算显示器观察到石英坩埚透明层要求观测的深度位置，拍照后通过软件计算出照片上气泡的尺寸；

（5）观测石英坩埚侧壁其它位置时，可转动石英坩埚和调节垂直活动导轨达到所需位置。需观测转角、底部等位置时，需调节连接杆至所需角度，然后重复步骤（4）。