利用外部裝料結(jié)構(gòu)進(jìn)行多晶硅裝料的控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及直拉硅單晶生長(zhǎng)設(shè)備的輔助設(shè)備，旨在提供利用外部裝料結(jié)構(gòu)進(jìn)行多晶硅裝料的控制方法。該種外部裝料結(jié)構(gòu)的主體包括籽晶系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，利用外部裝料結(jié)構(gòu)進(jìn)行多晶硅裝料的控制方法，當(dāng)單晶爐熱場(chǎng)為18～24寸，上述各值需要滿足以下公式：G1≥G2+G3，G/2≥G2+G3，F(xiàn)≥K(G2+G3)；其中，G為稱重傳感器的稱重范圍，G1為鋼絲繩的載荷，G2為多晶硅原料的質(zhì)量，G3為石英坩堝和真空罩的總質(zhì)量，F(xiàn)為真空表上壓力值P產(chǎn)生的壓力，K為安全系數(shù)。本發(fā)明不需增加額外吊裝輔助設(shè)備，利用了單晶爐固有的籽晶系統(tǒng)和副爐室旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，能有效的實(shí)現(xiàn)坩堝爐外裝料。
【專利說(shuō)明】利用外部裝料結(jié)構(gòu)進(jìn)行多晶硅裝料的控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于直拉硅單晶生長(zhǎng)設(shè)備的輔助設(shè)備，特別涉及利用外部裝料結(jié)構(gòu)進(jìn)行多晶硅裝料的控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]晶體硅材料常用于集成電路的初始材料，典型生產(chǎn)單晶硅的方法是直拉法。而單晶爐是多晶硅轉(zhuǎn)化為單晶硅工藝的必需設(shè)備。單晶爐直拉法是將多晶硅原料熔化在石英坩堝中，在多晶硅完全熔化待溫度達(dá)到平衡后，將棒狀單晶硅緩慢放入液面，使一部分浸泡在溶液中，在合適的溫度下，硅熔液的硅原子會(huì)在籽晶的影響下隨著它的原子排列結(jié)構(gòu)在溶液表面結(jié)晶，形成硅單晶。通過籽晶系統(tǒng)將單晶平穩(wěn)的向上提起并加上合適的旋轉(zhuǎn)，在穩(wěn)定的環(huán)境下，硅溶液可以連續(xù)不斷的結(jié)晶，最后形成一個(gè)主體圓柱狀的硅單晶體。
[0003]裝料大多采用將石英坩堝放入爐腔中，再用多晶原料放入石英坩堝中的方法。為防止損壞石英坩堝和原料碎屑掉入熱場(chǎng)影響熱場(chǎng)使用壽命，料必須緩慢輕放，導(dǎo)致裝料過程耗時(shí)費(fèi)力。為了減少裝料時(shí)間，降低操作工的工作強(qiáng)度，市場(chǎng)上通常使用外加輔助機(jī)械車，在爐外裝好硅料再把石英坩堝放入爐腔中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供能縮短裝料時(shí)間和裝料過程操作簡(jiǎn)單安全的外部裝料機(jī)構(gòu)及其控制方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是:
[0005]提供利用外部裝料結(jié)構(gòu)進(jìn)行多晶硅裝料的控制方法，將裝有多晶硅原料的石英坩堝吊裝到單晶爐熱場(chǎng)內(nèi)時(shí)，設(shè)稱重傳感器的稱重范圍為G，將稱重傳感器組件看作定滑輪，鋼絲繩的載荷為G1，裝入多晶硅原料的質(zhì)量為G2，石英坩堝和真空罩的總質(zhì)量為G3，真空表上壓力值P產(chǎn)生的壓力為F(其中P為0.1個(gè)大氣壓)；
[0006]當(dāng)單晶爐熱場(chǎng)為18?24寸，上述各值需要滿足以下公式:Gl彡G2+G3，G/2彡G2+G3，F(xiàn)彡K(G2+G3) ；K為安全系數(shù)，在生產(chǎn)過程中K取5。
[0007]提供用于實(shí)現(xiàn)所述控制方法的一種外部裝料結(jié)構(gòu)，用于將石英坩堝和真空罩連接密封后，整體吊裝放入或取出單晶爐熱場(chǎng)，其特征在于，真空罩上設(shè)有吊環(huán)和進(jìn)出氣口，進(jìn)出氣口連接有真空閥，真空閥的另一端連接口通過波紋管與真空泵連接，真空閥用于控制進(jìn)出氣口的開啟和關(guān)閉；真空罩上設(shè)置有密封圈，并通過密封圈和石英坩堝密封連接，真空泵用于將石英坩堝和真空罩形成的密封腔體抽成真空；真空罩上還設(shè)有真空表，真空表用于測(cè)量石英坩堝和真空吸盤形成的密封腔體內(nèi)的大氣壓力；
[0008]所述外部裝料結(jié)構(gòu)的主體為吊裝機(jī)構(gòu)，吊裝機(jī)構(gòu)包括單晶爐中的籽晶系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，吊裝機(jī)構(gòu)利用真空罩上的吊環(huán)，實(shí)現(xiàn)對(duì)連接密封后的石英坩堝和真空罩整體進(jìn)行吊裝;
[0009]所述籽晶系統(tǒng)安裝在副爐室上，籽晶系統(tǒng)包括電機(jī)、帶輪、離合器、編碼器、稱重傳感器，籽晶系統(tǒng)利用鋼絲繩與真空罩上的吊環(huán)連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)連接密封后的石英坩堝和真空罩整體進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)；所述電機(jī)設(shè)有兩個(gè)，兩個(gè)不同的電機(jī)用于提供兩種不明的吊裝速度，所述帶輪和離合器用于進(jìn)行電機(jī)選擇，以達(dá)到不同的升降速度；所述編碼器用于定位鋼絲繩端部的位置(即指鋼絲繩與吊環(huán)的連接處)并顯示升降的距離，方便進(jìn)行運(yùn)動(dòng)行程控制；所述稱重傳感器用于計(jì)算石英坩堝內(nèi)所裝載的多晶硅原料的質(zhì)量；
[0010]所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)用于帶動(dòng)副爐室進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)安裝在副爐室上的籽晶系統(tǒng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)吊裝在籽晶系統(tǒng)上的連接密封后的石英坩堝和真空罩整體完成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降運(yùn)動(dòng)；旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)還設(shè)有限位開關(guān)，限位開關(guān)用于控制副爐室的旋轉(zhuǎn)角度。
[0011]在本發(fā)明中，所述真空吸盤上的密封圈采用L形密封圈。
[0012]在本發(fā)明中，所述波紋管與真空閥上采用快卸法蘭連接。
[0013]在本發(fā)明中，所述外部裝料結(jié)構(gòu)還包括運(yùn)輸裝置，用于移動(dòng)石英坩堝；運(yùn)輸裝置采用裝料小車，裝料小車上設(shè)有擋塊和減震裝置，減震裝置采用減震彈簧。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0015]本發(fā)明專利不需增加額外吊裝輔助設(shè)備，利用了單晶爐固有的籽晶系統(tǒng)和副爐室旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，能有效的實(shí)現(xiàn)坩堝爐外裝料。
[0016]籽晶系統(tǒng)的快、慢速電機(jī)可以提供兩種不同的升降速度；可以利用籽晶系統(tǒng)的稱重裝置讀出吊裝坩堝的總質(zhì)量，計(jì)算出所加料的質(zhì)量。
[0017]副爐室旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可以完成坩堝從爐外轉(zhuǎn)移到爐內(nèi)，并通過其限位精確的定位在主爐室上方。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為石英坩堝放在小車上裝好料的示意圖。
[0019]圖2為利用桿晶系統(tǒng)拉起真空罩和樹禍的不意圖。
[0020]圖3為利用副爐室旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和籽晶系統(tǒng)升降將石英坩堝吊入熱場(chǎng)內(nèi)的示意圖。
[0021]圖中的附圖標(biāo)記為:1真空泵；2波紋管；3真空閥；4吊環(huán)；5真空罩；6真空表；7密封圈；8石英坩堝；9裝料小車；10籽晶系統(tǒng)；11旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；12主爐室。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0023]如圖1、圖2、圖3所示，一種外部裝料結(jié)構(gòu)用于將石英坩堝8和真空罩5連接密封后，整體吊裝放入或取出單晶爐熱場(chǎng)。真空罩5上設(shè)有吊環(huán)4和進(jìn)出氣口，進(jìn)出氣口連接有真空閥3，真空閥3的另一端連接口通過波紋管2與真空泵I連接，真空閥3用于控制進(jìn)出氣口的開啟和關(guān)閉；真空罩5上設(shè)置有特制的L形密封圈7，并通過密封圈7和石英坩堝8密封連接，真空泵I用于將石英坩堝8和真空罩5形成的密封腔體抽成真空；真空罩5上還設(shè)有真空表6，真空表6用于測(cè)量石英坩堝8和真空吸盤形成的密封腔體內(nèi)的大氣壓力。波紋管2與真空閥3上采用快卸連接方式，快卸連接方式優(yōu)選快卸法蘭。
[0024]外部裝料結(jié)構(gòu)的主體為吊裝機(jī)構(gòu)，吊裝機(jī)構(gòu)包括單晶爐固有的籽晶系統(tǒng)10和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)11，吊裝機(jī)構(gòu)利用真空罩5上的吊環(huán)4，實(shí)現(xiàn)對(duì)連接密封后的石英坩堝8和真空罩5整體進(jìn)行吊裝。
[0025]所述籽晶系統(tǒng)10安裝在副爐室上，籽晶系統(tǒng)10包括電機(jī)、帶輪、離合器、編碼器、稱重傳感器，籽晶系統(tǒng)10利用鋼絲繩與真空罩5上的吊環(huán)4連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)連接密封后的石英坩堝8和真空罩5整體進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)。所述電機(jī)設(shè)有兩個(gè)，兩個(gè)不同的電機(jī)用于提供兩種不明的吊裝速度，所述帶輪和離合器用于進(jìn)行電機(jī)選擇，以達(dá)到不同的升降速度滿足生產(chǎn)工藝及提高工作效率，快速運(yùn)動(dòng)避免了速度過慢導(dǎo)致效率下降，慢速運(yùn)動(dòng)提高了放置時(shí)的安全系數(shù)。所述編碼器用于定位鋼絲繩端部的位置并顯示升降的距離，可以使操作者了解升降的距離，在升降過程中有效的控制運(yùn)動(dòng)行程，進(jìn)一步的提高了安全系數(shù)。所述稱重傳感器用于計(jì)算石英坩堝8內(nèi)所裝載的多晶硅原料的質(zhì)量。
[0026]所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)11用于帶動(dòng)副爐室進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)安裝在副爐室上的籽晶系統(tǒng)10進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即相當(dāng)于籽晶系統(tǒng)10同時(shí)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)吊裝在籽晶系統(tǒng)10上的連接密封后的石英坩堝8和真空罩5整體完成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)11還設(shè)有限位開關(guān)，限位開關(guān)用于控制副爐室的旋轉(zhuǎn)角度。石英坩堝8通過鋼絲繩連接在籽晶系統(tǒng)10上，石英坩堝8在跟隨旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)11運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于單晶爐副爐室已校準(zhǔn)在主爐室12上方限位點(diǎn)起作用，同理該位置石英坩堝8處于主爐室12正上方，無(wú)需再次確認(rèn)豎直方向位置。
[0027]外部裝料機(jī)構(gòu)還包括用于移動(dòng)石英坩堝8的運(yùn)輸裝置，這里采用裝料小車9作為運(yùn)輸裝置。裝料小車9上設(shè)有擋塊和減震裝置，可避免運(yùn)輸過程中因震動(dòng)對(duì)石英坩堝8造成損壞。這里采用減震彈簧作為減震裝置。
[0028]將裝滿多晶硅原料的石英坩堝8吊裝到單晶爐熱場(chǎng)內(nèi)時(shí)，設(shè)稱重傳感器的稱重范圍為G，將稱重傳感器組件看作定滑輪，鋼絲繩的載荷為G1，裝入多晶硅原料的質(zhì)量為G2，石英坩堝8和真空罩5的總質(zhì)量為G3，真空表6上壓力值P產(chǎn)生的壓力為F (其中P為0.1個(gè)大氣壓)。
[0029]對(duì)于18?24寸的單晶爐熱場(chǎng)，上述各值需要滿足以下公式:
[0030]Gl 彡 G2+G3 ；
[0031]G/2 ^ G2+G3 ；
[0032]F彡K(G2+G3) ；K為安全系數(shù)，在生產(chǎn)過程中K取5。
[0033]以上公式證明稱重傳感器、鋼絲繩和真空罩5與石英坩堝8的負(fù)壓產(chǎn)生的作用力可以承受硅料與石英坩堝8、真空罩5的總質(zhì)量。確保升降過程安全。
[0034]單晶爐籽晶鋼絲繩與石英坩堝8處于同軸心，石英坩堝8通過副爐室旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)11旋轉(zhuǎn)后無(wú)需調(diào)整石英坩堝8位置。二者配合可替換原有的吊裝輔助設(shè)備。
[0035]爐外裝料過程:
[0036]首先將石英坩堝8拆封檢查好放置在裝料小車9上，移動(dòng)小車9至指定位置裝料；往石英坩堝8里裝多晶硅原料，裝滿之后在石英坩堝8上沿貼上密封圈7，將真空罩5蓋在貼好密封圈7的石英坩堝8上，在手動(dòng)真空閥3的連接口上連接波紋管2，波紋管2的另一端連接真空泵1，這時(shí)可以開啟真空泵1，然后緩緩開啟手動(dòng)真空閥3，觀察真空表6的指針變化，當(dāng)指針接近-0.1MPa時(shí)關(guān)緊手動(dòng)真空閥3，關(guān)閉真空泵I然后拆除手動(dòng)真空閥3連接口上連接的波紋管2，放置10分鐘，觀察真空表6指針有無(wú)變化，以確認(rèn)是否漏氣。
[0037]確認(rèn)石英坩堝8和真空罩5組成的密閉腔體不漏氣后，將裝料小車9推到需要裝料的單晶爐11旁邊的指定位置，用籽晶系統(tǒng)10快、慢速協(xié)調(diào)配合使吊裝將真空吸盤5連同石英坩堝8以及其內(nèi)部的多晶硅原料提升至高度在主爐室12高度上方時(shí)，通過副爐室旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)11旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)石英坩堝8旋轉(zhuǎn)至主爐室12的正上方，再通過籽晶升降平穩(wěn)的吊入主爐室12內(nèi)的石墨堝中，此過程中可以通過籽晶系統(tǒng)10自帶的編碼器記錄上升的高度與下降的距離，通過稱重傳感器可以計(jì)算此次所裝料的質(zhì)量，然后緩緩開啟手動(dòng)真空閥3開始向密閉腔體內(nèi)充氣，觀察真空表6指針的變化，待其回到初始位置時(shí)，充氣完成，然后用籽晶系統(tǒng)10將真空吸盤5吊起并移開，拿掉密封圈7，即完成整個(gè)單晶硅爐外部裝料過程。
[0038]最后，需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實(shí)施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，還可以有很多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容中直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.利用外部裝料結(jié)構(gòu)進(jìn)行多晶硅裝料的控制方法，其特征在于，將裝有多晶硅原料的石英坩堝吊裝到單晶爐熱場(chǎng)內(nèi)時(shí)，設(shè)稱重傳感器的稱重范圍為G，將稱重傳感器組件看作定滑輪，鋼絲繩的載荷為G1，裝入多晶硅原料的質(zhì)量為G2，石英坩堝和真空罩的總質(zhì)量為G3，真空表上壓力值P產(chǎn)生的壓力為F(其中P為0.1個(gè)大氣壓)； 當(dāng)單晶爐熱場(chǎng)為18?24寸，上述各值需要滿足以下公式:G1彡G2+G3，G/2彡G2+G3,F彡K(G2+G3) ;K為安全系數(shù)，在生產(chǎn)過程中K取5。
2.用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述控制方法的一種外部裝料結(jié)構(gòu)，用于將石英坩堝和真空罩連接密封后，整體吊裝放入或取出單晶爐熱場(chǎng)，其特征在于，真空罩上設(shè)有吊環(huán)和進(jìn)出氣口，進(jìn)出氣口連接有真空閥，真空閥的另一端連接口通過波紋管與真空泵連接，真空閥用于控制進(jìn)出氣口的開啟和關(guān)閉；真空罩上設(shè)置有密封圈，并通過密封圈和石英坩堝密封連接，真空泵用于將石英坩堝和真空罩形成的密封腔體抽成真空；真空罩上還設(shè)有真空表，真空表用于測(cè)量石英坩堝和真空吸盤形成的密封腔體內(nèi)的大氣壓力； 所述外部裝料結(jié)構(gòu)的主體為吊裝機(jī)構(gòu)，吊裝機(jī)構(gòu)包括單晶爐中的籽晶系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，吊裝機(jī)構(gòu)利用真空罩上的吊環(huán)，實(shí)現(xiàn)對(duì)連接密封后的石英坩堝和真空罩整體進(jìn)行吊裝； 所述籽晶系統(tǒng)安裝在副爐室上，籽晶系統(tǒng)包括電機(jī)、帶輪、離合器、編碼器、稱重傳感器，籽晶系統(tǒng)利用鋼絲繩與真空罩上的吊環(huán)連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)連接密封后的石英坩堝和真空罩整體進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)；所述電機(jī)設(shè)有兩個(gè)，兩個(gè)不同的電機(jī)用于提供兩種不明的吊裝速度，所述帶輪和離合器用于進(jìn)行電機(jī)選擇，以達(dá)到不同的升降速度；所述編碼器用于定位鋼絲繩端部的位置并顯示升降的距離，方便進(jìn)行運(yùn)動(dòng)行程控制；所述稱重傳感器用于計(jì)算石英坩堝內(nèi)所裝載的多晶硅原料的質(zhì)量； 所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)用于帶動(dòng)副爐室進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)安裝在副爐室上的籽晶系統(tǒng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)吊裝在籽晶系統(tǒng)上的連接密封后的石英坩堝和真空罩整體完成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降運(yùn)動(dòng)；旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)還設(shè)有限位開關(guān)，限位開關(guān)用于控制副爐室的旋轉(zhuǎn)角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種外部裝料結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述真空吸盤上的密封圈采用L形密封圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種外部裝料結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述波紋管與真空閥上采用快卸法蘭連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種外部裝料結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述外部裝料結(jié)構(gòu)還包括運(yùn)輸裝置，用于移動(dòng)石英坩堝；運(yùn)輸裝置采用裝料小車，裝料小車上設(shè)有擋塊和減震裝置，減震裝置采用減震彈簧。
【文檔編號(hào)】C30B29/06GK104250848SQ201410458934
【公開日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月11日
【發(fā)明者】朱亮, 王巍, 倪軍夫, 孫明, 沈興潮 申請(qǐng)人:浙江晶盛機(jī)電股份有限公司