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(shí)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(guó)內(nèi)和國(guó)際市場(chǎng)對(duì)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(chǎng)需求也呈快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。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(duì)單晶硅棒尺寸提出了更高的要求。

單晶硅按晶體生長(zhǎng)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(zhǎng)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(yáng)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(guò)冷度，將一支特定晶向的硅單晶體(稱(chēng)作籽晶)與熔體硅接觸，通過(guò)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(zhǎng)一定長(zhǎng)度，降低晶體提拉速度和熔體溫度使晶體長(zhǎng)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(zhǎng)。在生長(zhǎng)過(guò)程的末期，此時(shí)坩堝內(nèi)的硅熔體尚未完全消失，通過(guò)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(gè)尾形錐體，當(dāng)錐體的尖足夠小時(shí)，晶體就會(huì)與熔體脫離，從而完成晶體的生長(zhǎng)過(guò)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(chǎng)尺寸，加大裝料量的方法。例如16英寸熱場(chǎng)裝料可以達(dá)到60kg，而20英寸熱場(chǎng)裝料可以超過(guò)100kg，28英寸熱場(chǎng)裝料達(dá)到250KG，32英寸熱場(chǎng)裝料甚至可以超過(guò)350kg。隨著熱場(chǎng)的增大，裝料量的增加，單晶的直徑和重量也越來(lái)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(huì)造成人員操作困難，也會(huì)對(duì)目前所使用的石墨坩堝等部件(尤其是大熱場(chǎng)普遍采用高價(jià)值輕薄材料如碳/碳復(fù)合材料坩堝)造成損傷；原有的液壓?jiǎn)尉C(jī)械臂也無(wú)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(gè)半圓環(huán)構(gòu)成，外環(huán)型圈與內(nèi)環(huán)型圈之間通過(guò)數(shù)個(gè)聯(lián)接桿聯(lián)接；構(gòu)成外環(huán)型圈的兩個(gè)半圓環(huán)之間通過(guò)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(kāi)槽；

單晶吊籃由多個(gè)單晶套環(huán)和多根吊裝帶組成，多個(gè)單晶套環(huán)通過(guò)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(kāi)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(dòng)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(kāi)槽的外徑，從而保證單晶套環(huán)落在內(nèi)環(huán)型圈的開(kāi)槽上而不會(huì)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(guò)天車(chē)將裝置內(nèi)的吊籃連同單晶一并取出，并放置于單晶車(chē)內(nèi)。通過(guò)該裝置取單晶棒時(shí)，可以避免單晶落入爐內(nèi)對(duì)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(shí)也可以減少操作者取棒的勞動(dòng)強(qiáng)度，防止取棒過(guò)程可能帶來(lái)的人員傷害和產(chǎn)品損傷。

附圖說(shuō)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(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)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(gè)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(guò)數(shù)個(gè)聯(lián)接桿5聯(lián)接。構(gòu)成外環(huán)型圈的兩個(gè)半圓環(huán)之間通過(guò)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(kāi)槽7。

單晶吊籃1由多個(gè)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(gè)單晶套環(huán)10、11、13、14和多根吊裝帶9、12組成。多個(gè)的單晶套環(huán)10、11、13、14分別通過(guò)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(dòng)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(guò)，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(kāi)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(kāi)槽上而不至于滑落。

由此可見(jiàn)，內(nèi)環(huán)型圈4上的開(kāi)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(huì)滑落，開(kāi)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(shí)，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(gè)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(guò)螺栓6將兩個(gè)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(guò)天車(chē)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(chē)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(guò)該裝置取單晶棒時(shí)，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(duì)石墨堝或CFC堝等石墨部件的損傷，同時(shí)可以減少操作者取棒的勞動(dòng)強(qiáng)度，防止取棒過(guò)程可能帶來(lái)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(chē)上的方法，通過(guò)該裝置取單晶棒避免了單晶爐上爐室旋轉(zhuǎn)時(shí)由于籽晶橫向強(qiáng)度較低，操作中可能會(huì)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。