專利名稱：多晶硅氫還原爐的可變截面積進(jìn)氣口裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多晶硅氫還原爐的進(jìn)氣口裝置。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體材料多晶硅的生產(chǎn)中，必須先在氫還原爐中設(shè)置硅棒，然后采用三氯氫硅或四氯化硅氫還原制得產(chǎn)品多晶硅。這種硅棒的初始直徑很細(xì)，一般為Φ5-10mm，經(jīng)氫還原，硅在硅棒上沉積，硅棒的最終直徑越來越大，最粗已達(dá)Φ200mm。
目前，在半導(dǎo)體材料多晶硅生產(chǎn)中，采用的氫還原爐的進(jìn)氣口的截面積為固定截面積。這種進(jìn)氣口是一種內(nèi)外套管式結(jié)構(gòu)，內(nèi)套管為出氣口，外套管為進(jìn)氣口。進(jìn)氣口的截面積是固定不變的，所以只能適用于物料流量變化較小的小產(chǎn)率的生產(chǎn)工藝。在大產(chǎn)率工藝中，進(jìn)入爐內(nèi)的物料流量，要求隨時(shí)間的推移有數(shù)十倍的變化，如果仍采用固定截面積的進(jìn)氣口則進(jìn)氣口的物料流量線速度也會(huì)有數(shù)十倍的變化，這樣就會(huì)使硅棒直徑和溫度很不均勻，局部溫度過高甚至熔化(按質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為廢品)，將不得不半途停爐。溫度過低將會(huì)造成硅棒分層(按質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為次廢品)，兩者均嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)率，使成品率下降。
為了獲得最佳的生產(chǎn)效率，必須采用恒沉積厚度的生產(chǎn)工藝，即當(dāng)多晶硅沉積的直徑變粗時(shí)，要求進(jìn)入爐內(nèi)的物料也相應(yīng)加大。例如當(dāng)硅棒生長至Φ200mm時(shí)，所需物料約為初始時(shí)的40倍，這樣產(chǎn)率才會(huì)變高。而為了使硅棒在沉積過程中既保證物料不斷增大，又保持直徑和溫度的均勻性，必須保證從進(jìn)氣口噴出的物料在爐內(nèi)保持最佳的流動(dòng)線速度，太高或太低都將造成硅棒直徑和溫度的不均勻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述技術(shù)缺點(diǎn)而設(shè)計(jì)的一種進(jìn)、出氣分離及進(jìn)氣口的截面積可變化的裝置。具體是將出氣口與進(jìn)氣口分開，出氣口布置在硅棒周圍，進(jìn)氣口可以按實(shí)際需要，及時(shí)調(diào)整截面積大小，使得當(dāng)進(jìn)爐物料變化時(shí)，通過它噴出的物料流量線速度始終保持最佳，并滿足逐漸增大的硅棒直徑的需要，從而獲得了最佳工藝狀態(tài)而制得高質(zhì)量和高產(chǎn)率的多晶硅。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明是這樣設(shè)計(jì)的。氫還原爐的進(jìn)氣口裝置由一個(gè)與三氯氫硅或四氯化硅等原料管相連接，并通過支撐筋和下蓋板與爐底壁固為一體的固定噴口，以及套在固定噴口外面的可按要求的速度旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)噴口組成。固定噴口的頂端面上開有一個(gè)中心孔，中心孔外圍均勻開有6個(gè)扇形孔，固定噴口與爐底壁的固接處設(shè)有一個(gè)帶凹槽的支撐圈，該凹槽內(nèi)裝有下滾珠，通過下滾珠使轉(zhuǎn)動(dòng)噴口的底端與固定噴口轉(zhuǎn)動(dòng)連接。轉(zhuǎn)動(dòng)噴口的頂端面上開有與固定噴口的數(shù)量、形狀、尺寸和位置都一樣的中心孔和扇形孔，且兩個(gè)中心孔的中心線重合。轉(zhuǎn)動(dòng)噴口頂端面的外周設(shè)有向下凹的折邊，該折邊與轉(zhuǎn)動(dòng)噴口形成凹槽，凹槽內(nèi)裝有中滾珠，通過中滾珠使轉(zhuǎn)動(dòng)噴口與爐底壁轉(zhuǎn)動(dòng)連接。轉(zhuǎn)動(dòng)噴口的頂端與爐底壁上裝有上壓板，上壓板與轉(zhuǎn)動(dòng)噴口的接觸面上開有凹槽，凹槽內(nèi)裝有上滾珠，使轉(zhuǎn)動(dòng)噴口的轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)。上壓板與爐底壁接觸處通過上壓板固定螺栓將上壓板和爐壁固為一體。如此，轉(zhuǎn)動(dòng)噴口上、下及頂部均裝有滾珠，使轉(zhuǎn)動(dòng)噴口的旋轉(zhuǎn)自如。轉(zhuǎn)動(dòng)噴口下部的外圓周上開有鏈輪齒，鏈輪齒上配有鏈輪，并通過鏈輪固定螺栓將鏈輪中點(diǎn)固定在轉(zhuǎn)動(dòng)噴口上，并設(shè)定鏈輪的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍為30度。在鏈輪的兩端，通過爐壁上設(shè)有的2個(gè)密封蓋和密封圈內(nèi)的兩根密封軸，與爐外的一個(gè)帶有變速箱的伺服電機(jī)連接，當(dāng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過鏈輪帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)噴口緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，最初轉(zhuǎn)動(dòng)噴口的扇形孔與固定噴口的扇形孔完全錯(cuò)開，只有中心孔是重合的，此時(shí)截面積最小。隨著轉(zhuǎn)動(dòng)噴口的旋轉(zhuǎn)，兩個(gè)扇形孔重合部分由小到大，最后完全重合，如此組成了可變截面積的進(jìn)氣口裝置。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下1.由于本發(fā)明是由固定噴口和其外覆蓋一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的、頂端開有與固定噴口相同的孔、且中心孔始終重合的轉(zhuǎn)動(dòng)噴口組成，所以能按工藝要求穩(wěn)定地調(diào)節(jié)噴口的截面積，這樣就有效地控制了物料流量的線速度，保證硅棒生長的均勻性，也保證了產(chǎn)品多晶硅的高成品率。
2.由于本發(fā)明的噴口截面積的調(diào)節(jié)通過伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，控制轉(zhuǎn)動(dòng)噴口的旋轉(zhuǎn)角度，且伺服電機(jī)是通過PID控制器，根據(jù)物料流量傳感器給出的訊號(hào)，經(jīng)過運(yùn)算放大器運(yùn)算，與轉(zhuǎn)動(dòng)噴口的轉(zhuǎn)動(dòng)角度進(jìn)行比較結(jié)果，來決定轉(zhuǎn)速的，所以能及時(shí)穩(wěn)定地調(diào)節(jié)噴口的截面積，自動(dòng)化程度高。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意2為本發(fā)明的A-A1-A2-A3-A4-A剖視3本發(fā)明安裝使用示意4為轉(zhuǎn)動(dòng)噴口旋轉(zhuǎn)控制方框圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明請參閱圖1、圖2和圖3。出氣口20與本發(fā)明的進(jìn)氣口裝置分開。本發(fā)明由固定噴口1、下滾珠2、鏈輪固定螺栓3、帶冷卻水夾套的爐底壁4、中滾珠5、上滾珠6、上壓板7、上壓板固定螺栓8、轉(zhuǎn)動(dòng)噴口9、中心孔10、扇形孔11、鏈輪12、密封軸13、密封圈14、密封蓋15、壓緊螺栓16、支撐筋17、下蓋板18和支撐圈19組成。
在固定噴口1的外面套有可按要求的速度旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)噴口9。固定噴口1的底端與三氯氫硅或四氯化硅等原料管相連接。固定噴口1的頂端面上開有一個(gè)中心孔10，中心孔10外圍均勻開有6個(gè)扇形孔11。固定噴口1與爐底壁4之間用4-8根支撐筋17固接。在固定噴口1的外周的支撐筋17上部設(shè)有一個(gè)帶凹槽的支撐圈19，該凹槽內(nèi)裝有下滾珠2，通過下滾珠2使轉(zhuǎn)動(dòng)噴口9的底端與固定噴口1轉(zhuǎn)動(dòng)連接。在支撐筋17下部裝有下蓋板18，用壓緊螺栓16將固定噴口1與爐底壁4固為一體的。固定噴口1外面套有的轉(zhuǎn)動(dòng)噴口9的頂端開有與固定噴口1的數(shù)量、形狀、尺寸、位置都一樣的中心孔10和扇形孔11，且兩個(gè)中心孔10的中心線重合。轉(zhuǎn)動(dòng)噴口9頂端面的外周設(shè)有向下的折邊，該折邊與轉(zhuǎn)動(dòng)噴口9形成凹槽，凹槽內(nèi)裝有中滾珠5，通過中滾珠5使轉(zhuǎn)動(dòng)噴口9與爐底壁4轉(zhuǎn)動(dòng)連接。轉(zhuǎn)動(dòng)噴口9的頂端與爐底壁4上裝有上壓板7，與轉(zhuǎn)動(dòng)噴口9接觸的上壓板7上開有凹槽，凹槽內(nèi)裝有上滾珠6，使轉(zhuǎn)動(dòng)噴口9的轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)不滑出。上壓板7與爐底壁4接觸處通過上壓板固定螺栓8，將上壓板7和爐底壁4固為一體。如此，轉(zhuǎn)動(dòng)噴口9的底部、上部和頂部均裝有滾珠，使轉(zhuǎn)動(dòng)噴口9的旋轉(zhuǎn)輕松自如。轉(zhuǎn)動(dòng)噴口9下部的外圓周上開有鏈輪齒，鏈輪齒上配有鏈輪12，并通過鏈輪固定螺栓3將鏈輪12的中點(diǎn)固定在轉(zhuǎn)動(dòng)噴口9上，并按工藝要求設(shè)定鏈輪12的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍為30度。在鏈輪12的兩端固定連接兩根密封軸13，兩根密封軸13分別穿過爐底壁4上固接的2個(gè)密封蓋15內(nèi)裝有的耐高溫橡膠的密封圈14后，與爐外的一個(gè)帶有變速箱的伺服電機(jī)連接。當(dāng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過鏈輪12帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)噴口9緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，最初，轉(zhuǎn)動(dòng)噴口9的扇形孔11與固定噴口1的扇形孔11完全錯(cuò)開，只有中心孔10是重合的，此時(shí)進(jìn)氣口的截面積最小。隨著轉(zhuǎn)動(dòng)噴口9的旋轉(zhuǎn)，兩個(gè)扇形孔11重合部分由小到大，最后完全重合，此時(shí)進(jìn)氣口的截面積最大。如此組成了本發(fā)明的可變截面積的進(jìn)氣口裝置。
圖4表示的是轉(zhuǎn)動(dòng)噴口9旋轉(zhuǎn)控制方框圖，當(dāng)進(jìn)氣口物料的流量要求增大時(shí)，流量傳感器分別給固定噴口1和運(yùn)算放大器發(fā)出訊號(hào)。固定噴口1和轉(zhuǎn)動(dòng)噴口9一起進(jìn)入轉(zhuǎn)動(dòng)噴口與固定噴口的相對(duì)角度測量計(jì)，進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)角度比較，同時(shí)通過轉(zhuǎn)動(dòng)噴口與固定噴口的相對(duì)角度測量計(jì)獲得轉(zhuǎn)動(dòng)噴口9的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，給PID控制器輸入轉(zhuǎn)動(dòng)噴口的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。流量傳感器將進(jìn)氣口物料輸入運(yùn)算放大器，經(jīng)過運(yùn)算放大器運(yùn)算，給PID控制器發(fā)指令。最后，通過PID控制器就可以準(zhǔn)確穩(wěn)定地調(diào)節(jié)伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，使轉(zhuǎn)動(dòng)噴口9按要求旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)進(jìn)氣口截面積以滿足氫還原工藝的要求，這樣就有效地控制了物料流量的線速度，保證硅棒生長的均勻性，也保證可以獲得很高的成品率。
權(quán)利要求
1.多晶硅氫還原爐的可變截面積進(jìn)氣口裝置，其特征在于由固定噴口(1)、下滾珠(2)、鏈輪固定螺栓(3)、爐底壁(4)、中滾珠(5)、上滾珠(6)、上壓板(7)、上壓板固定螺栓(8)、轉(zhuǎn)動(dòng)噴口(9)、中心孔(10)、扇形孔(11)、鏈輪(12)、密封軸(13)、密封圈(14)、密封蓋(15)、壓緊螺栓(16)、支撐筋(17)、下蓋板(18)、支撐圈(19)組成；固定噴口(1)通過下蓋板(18)、支撐筋(17)和壓緊螺栓(16)與爐底壁(4)固為一體；固定噴口(1)的頂端面上開有一個(gè)中心孔(10)和6個(gè)扇形孔(11)，固定噴口(1)外周設(shè)有帶凹槽的支撐圈(19)，該凹槽內(nèi)裝有下滾珠(2)，固定噴口(1)的外面套有轉(zhuǎn)動(dòng)噴口(9)；轉(zhuǎn)動(dòng)噴口(9)的頂端開有與固定噴口(1)數(shù)量、形狀、尺寸、位置都一樣的中心孔(10)和扇形孔(11)，且兩個(gè)中心孔(10)的中心線重合；轉(zhuǎn)動(dòng)噴口(9)頂端面的外周設(shè)有向下的折邊，該折邊與轉(zhuǎn)動(dòng)噴口(9)形成凹槽，凹槽內(nèi)裝有中滾珠(5)；轉(zhuǎn)動(dòng)噴口(9)的頂端與爐底壁(4)上裝有上壓板(7)，上壓板(7)上開有凹槽，凹槽內(nèi)裝有上滾珠(6)，上壓板(7)與爐底壁(4)接觸處通過上壓板固定螺栓(8)將上壓板(7)和爐底壁(4)固為一體；轉(zhuǎn)動(dòng)噴口(9)下部的外圓周上開有鏈輪齒，鏈輪齒上配有鏈輪(12)，并通過鏈輪固定螺栓(3)將鏈輪(12)的中點(diǎn)固定在轉(zhuǎn)動(dòng)噴口(9)上，在鏈輪(12)的兩端固定連接兩根密封軸(13)，兩根密封軸(13)分別穿過爐底壁(4)上設(shè)有的2個(gè)密封蓋(15)和密封圈(14)后，與爐外的一個(gè)帶有變速箱的伺服電機(jī)連接。
全文摘要
多晶硅氫還原爐的可變截面積進(jìn)氣口裝置，涉及半導(dǎo)體多晶硅氫還原爐的噴口結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)是與爐底壁(4)固為一體的固定噴口(1)外面套有一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)噴口(9)，轉(zhuǎn)動(dòng)噴口(9)的頂端開有與固定噴口(1)數(shù)量、形狀、尺寸、位置一樣的中心孔(10)和扇形孔(11)。轉(zhuǎn)動(dòng)噴口(9)與固定噴口(1)、爐底壁(4)及上壓板(7)連接處分別裝有上滾珠(6)、中滾珠(5)和下滾珠(2)。轉(zhuǎn)動(dòng)噴口(9)上配有鏈輪(12)，鏈輪(12)通過兩根密封軸(13)與爐底壁(4)外的一個(gè)帶有變速箱的伺服電機(jī)連接。本發(fā)明可按工藝需要，自動(dòng)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)噴口(9)及時(shí)調(diào)整進(jìn)氣口的截面積大小，從而獲得最佳工藝，制得高質(zhì)量和高產(chǎn)率的多晶硅。
文檔編號(hào)F27D7/00GK1415927SQ0213778
公開日2003年5月7日 申請日期2002年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月1日
發(fā)明者聞瑞梅, 戴自忠, 梁駿吾, 郭鐘光, 吳堅(jiān) 申請人:同濟(jì)大學(xué)