本發(fā)明涉及一種單晶爐取棒輔助裝置,用于直拉硅單晶爐內(nèi)取棒。
背景技術(shù):
現(xiàn)在集成電路的線寬已進(jìn)入了納米時代,直徑越大的硅片,所能刻制的集成電路越多,芯片的成本也就越低,隨著國內(nèi)和國際市場對大直徑單晶硅片需求量和尺寸的快速增加,單晶硅棒的市場需求也呈快速增長的趨勢。單晶硅片從最初6英寸、8英寸,發(fā)展到現(xiàn)在的12英寸(300毫米)乃至18英寸(450毫米),單晶硅棒是生產(chǎn)單晶硅片的原材料,因此不論是技術(shù)還是成本上硅片的發(fā)展也對單晶硅棒尺寸提出了更高的要求。
單晶硅按晶體生長方法的不同,分為直拉法(CZ)、區(qū)熔法(FZ)和外延法。直拉法生長的單晶硅主要用于半導(dǎo)體集成電路、二極管、外延片襯底、太陽能電池,目前約85%的半導(dǎo)體硅單晶體采用直拉法。在該方法中多晶硅被裝進(jìn)石英坩堝內(nèi),加熱熔化,然后將熔硅略做降溫,給予一定的過冷度,將一支特定晶向的硅單晶體(稱作籽晶)與熔體硅接觸,通過調(diào)整熔體的溫度和籽晶向上提拉速度,使籽晶形成細(xì)頸在高速下生長一定長度,降低晶體提拉速度和熔體溫度使晶體長大至近目標(biāo)直徑,再提高提拉速度使單晶體近恒直徑生長。在生長過程的末期,此時坩堝內(nèi)的硅熔體尚未完全消失,通過增加晶體的提升速度和調(diào)整向坩堝的供熱量將晶體直徑漸漸減小而形成一個尾形錐體,當(dāng)錐體的尖足夠小時,晶體就會與熔體脫離,從而完成晶體的生長過程,得到一根單晶硅棒。
為了降低成本,許多工廠都采用增加熱場尺寸,加大裝料量的方法。例如16英寸熱場裝料可以達(dá)到60kg,而20英寸熱場裝料可以超過100kg,28英寸熱場裝料達(dá)到250KG,32英寸熱場裝料甚至可以超過350kg。隨著熱場的增大,裝料量的增加,單晶的直徑和重量也越來越大。原有的取單晶方法也存在一定的局限性,如將單晶尾部落入爐內(nèi),更大的直徑、重量會造成人員操作困難,也會對目前所使用的石墨坩堝等部件(尤其是大熱場普遍采用高價值輕薄材料如碳/碳復(fù)合材料坩堝)造成損傷;原有的液壓單晶機(jī)械臂也無法進(jìn)行操作。因此,如何快速安全的實(shí)現(xiàn)單晶取棒操作是十分有意義的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于提供一種單晶爐取棒輔助裝置,用于直拉硅單晶爐內(nèi)取棒,特別是大尺寸單晶棒。
為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種單晶爐取棒輔助裝置,包括外環(huán)型圈、內(nèi)環(huán)型圈及單晶吊籃,其中外環(huán)型圈和內(nèi)環(huán)型圈分別由兩個半圓環(huán)構(gòu)成,外環(huán)型圈與內(nèi)環(huán)型圈之間通過數(shù)個聯(lián)接桿聯(lián)接;構(gòu)成外環(huán)型圈的兩個半圓環(huán)之間通過螺栓連接;
外環(huán)型圈的下端沿圓周方向設(shè)有凹槽,該凹槽用于將外環(huán)型圈卡在單晶爐筒的外沿上;內(nèi)環(huán)型圈的上端內(nèi)側(cè)沿圓周方向設(shè)有開槽;
單晶吊籃由多個單晶套環(huán)和多根吊裝帶組成,多個單晶套環(huán)通過多根吊裝帶相互連接,縱向排列;位于最上方的單晶套環(huán)設(shè)置在所述內(nèi)環(huán)型圈的開槽上,位于最下方的單晶套環(huán)為可伸縮圈。
優(yōu)選地,所述可伸縮圈由吊裝帶與活動卡扣構(gòu)成,所述可伸縮圈的直徑根據(jù)單晶尾部中段直徑設(shè)定。
優(yōu)選地,所述單晶吊籃最上方的套環(huán)的直徑大于所述內(nèi)環(huán)型圈的內(nèi)徑,小于所述開槽的外徑,從而保證單晶套環(huán)落在內(nèi)環(huán)型圈的開槽上而不會滑落。
所述內(nèi)環(huán)型圈、外環(huán)型圈、聯(lián)接桿、單晶套環(huán)的材質(zhì)為不銹鋼或鐵;所述單晶套環(huán)的表面包覆耐高溫橡膠;所述吊裝帶的材質(zhì)為合成纖維。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
本發(fā)明用于直拉硅單晶爐取棒(特別是大尺寸單晶棒),可將單晶棒直接落入裝置內(nèi),通過天車將裝置內(nèi)的吊籃連同單晶一并取出,并放置于單晶車內(nèi)。通過該裝置取單晶棒時,可以避免單晶落入爐內(nèi)對石墨堝或CFC堝(碳/碳復(fù)合材料坩堝)等石墨部件造成損傷,同時也可以減少操作者取棒的勞動強(qiáng)度,防止取棒過程可能帶來的人員傷害和產(chǎn)品損傷。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的單晶爐取棒輔助裝置組裝后的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明的單晶爐取棒輔助裝置中的內(nèi)、外環(huán)型圈組裝后的俯視圖。
圖3為圖2中沿A-A的剖面圖。
圖4為本發(fā)明的單晶爐取棒輔助裝置中的單晶吊籃的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明單晶爐輔助取棒裝置安裝在直拉法硅單晶爐系統(tǒng)內(nèi)的示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明,但本發(fā)明并不限于此。
如圖2所示,本發(fā)明的單晶爐取棒輔助裝置包括外環(huán)型圈3、內(nèi)環(huán)型圈4及 單晶吊籃1,其中外環(huán)型圈3和內(nèi)環(huán)型圈4組成的環(huán)形圈2分別由兩個半圓環(huán)構(gòu)成,外環(huán)型圈3與內(nèi)環(huán)型圈4之間通過數(shù)個聯(lián)接桿5聯(lián)接。構(gòu)成外環(huán)型圈的兩個半圓環(huán)之間通過螺栓6連接。
如圖3所示,外環(huán)型圈3的下端沿圓周方向設(shè)有凹槽8,該凹槽用于將外環(huán)型圈卡在單晶爐筒的外沿上;內(nèi)環(huán)型圈4的上端內(nèi)側(cè)設(shè)有開槽7。
單晶吊籃1由多個單晶套環(huán)和多根吊裝帶組成,單晶套環(huán)和吊裝帶的數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際需要選擇。如圖4所示,單晶吊籃1由四個單晶套環(huán)10、11、13、14和多根吊裝帶9、12組成。多個的單晶套環(huán)10、11、13、14分別通過四根雙層吊裝帶12連接,最下方的單晶套環(huán)14為由另一根吊裝帶和活動卡扣15形成可伸縮圈,該可伸縮圈從最下方封死的雙層帶之間通過,單晶尾部可落入其中。最上方的單晶套環(huán)10的直徑大于內(nèi)環(huán)型圈4的內(nèi)徑,而小于開槽7的外徑,須在內(nèi)環(huán)型圈的凹槽的內(nèi)徑和外徑之間,即保證單晶套環(huán)10可以落在內(nèi)環(huán)型圈的開槽上而不至于滑落。
由此可見,內(nèi)環(huán)型圈4上的開槽7用于承載單晶吊籃最上方的單晶套環(huán)10,因此,只要保證單晶套環(huán)10不會滑落,開槽7的形狀可以此為前提任意選擇。
在本發(fā)明的單晶爐取棒輔助裝置中,內(nèi)環(huán)型圈、外環(huán)型圈、聯(lián)接桿、單晶套環(huán)的材質(zhì)為不銹鋼或鐵,在單晶套環(huán)的表面包覆有耐高溫橡膠以避免單晶接觸金屬造成污染,影響產(chǎn)品質(zhì)量;吊裝帶的材質(zhì)為合成纖維。
在將該裝置用于單晶爐取棒時,將單晶棒先升高至爐筒水平面以上,將構(gòu)成外環(huán)型圈3和內(nèi)環(huán)形圈4的兩個半圓環(huán)置于爐筒上,使得外環(huán)型圈3的凹槽8卡在爐筒外沿上,然后通過螺栓6將兩個半圓環(huán)連接鎖死。如圖1所示,將單晶吊籃1的單晶套環(huán)10置入內(nèi)環(huán)型圈的凹槽7上,單晶套環(huán)的最下方可伸縮圈按照單晶尾部中段直徑設(shè)定,慢慢將單晶落入單晶吊籃1內(nèi)。然后通過天車連接吊籃的兩根吊裝帶9,將裝置內(nèi)的吊籃連同單晶一起取出,并放置于單晶車內(nèi)。
相比于原有的單晶落入爐內(nèi)采用機(jī)械取出的方法,通過該裝置取單晶棒時,單晶棒直接落入裝置不再落入爐內(nèi)可以避免單晶落入爐對石墨堝或CFC堝等石墨部件的損傷,同時可以減少操作者取棒的勞動強(qiáng)度,防止取棒過程可能帶來的人員傷害和產(chǎn)品損傷。相比于單晶相比旋轉(zhuǎn)爐室將單晶落在取棒小車上的方法,通過該裝置取單晶棒避免了單晶爐上爐室旋轉(zhuǎn)時由于籽晶橫向強(qiáng)度較低,操作中可能會發(fā)生籽晶斷裂而產(chǎn)生的人員傷害和產(chǎn)品損失。
本發(fā)明的單晶爐取棒裝置用于直拉硅單晶爐取棒,特別是大尺寸大重量的單晶棒,可應(yīng)用于單晶直徑在200mm至500mm,單晶棒重量可達(dá)到500kg。