專利名稱：雙上爐體連續(xù)加料硅單晶爐及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及CZ法拉制單晶棒設(shè)備部件，特別是一種雙上爐體連續(xù)加料硅單晶爐及其使用方法。
背景技術(shù)：
硅單晶爐是運用CZ法拉制硅單晶棒的一種重要設(shè)備，幾乎所有硅單晶硅棒都是硅單晶爐生產(chǎn)出來的。硅棒拉制完畢后必須在爐內(nèi)冷卻至300°C以下才能出爐，這個過程需要大致6個小時左右。在晶棒冷卻的過程中，爐內(nèi)溫度降低導致石英坩堝不可避免的出現(xiàn)破裂。坩堝的更換及二次加料必須在中爐筒內(nèi)溫度冷卻至200以下時進行。開發(fā)一種可以實現(xiàn)一只石英坩堝被連續(xù)使用兩次以上，不打開上爐蓋即可實現(xiàn)二次加料的新型硅單晶爐就成為急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種石英坩堝可續(xù)使用兩次以上，并且在不打開上爐蓋的情況下即可實現(xiàn)二次加料的雙上爐體連續(xù)加料硅單晶爐及其使用方法。本發(fā)明雙上爐體連續(xù)加料硅單晶爐，包括主機架；下爐體，所述下爐體設(shè)置在所述主機架上；所述雙上爐體連續(xù)加料硅單晶爐還包括雙上爐體組件，所述雙上爐體組件包括兩個分立設(shè)置的左上爐體及右上爐體。所述左上爐體包括左上爐筒；左籽晶頭單元，所述左籽晶頭單元設(shè)置在所述左上爐筒的一端；左上爐體晶棒定位裝置，所述左上爐體晶棒定位裝置設(shè)置在所述左上爐筒的外側(cè)；左上爐隔離閥，所述左上爐隔離閥設(shè)置在所述左上爐筒的另外一端。所述左上爐體及所述右上爐體為對稱設(shè)計。所述左上爐體、所述右上爐體及下爐體分別通過左上爐體提升裝置、右上爐體提升裝置及下爐體提升裝置與所述主機架連接。 所述雙上爐體連續(xù)加料硅單晶爐還進一步包括設(shè)置在所述下爐筒下端的爐體升降單元。所述下爐體包括下爐筒，所述下爐筒與所述主機架連接；下爐蓋，所述下爐蓋設(shè)置在所述下爐筒的上端；豎直隔離閥，所述豎直隔離閥設(shè)置在所述下爐筒的上端，所述下爐筒及所述左上爐筒通過所述豎直隔離閥及所述左上爐隔離閥連接；連續(xù)加料裝置接口，所述連續(xù)加料裝置接口與所述下爐蓋連接。所述雙上爐體連續(xù)加料硅單晶爐還進一步包括設(shè)置在所述上爐體組件后端的氣體裝置。所述氣體裝置包括真空單元，所述真空單元包括相互分立設(shè)置的左上爐體真空單元、右上爐體真空單元及下爐體真空單元，所述左上爐體真空單元、所述右上爐體真空單元及所述下爐體真空單元分別與所述左上爐筒、所述右上爐筒及下爐筒連接；氬氣單元，所述氬氣單元與所述真空單元分立設(shè)置，所述氬氣單元設(shè)置在所述與所述左上爐筒、所述右上爐筒及下爐筒連接；水冷單元，所述水冷單元與所述下爐筒組件及雙上爐體組件連接。雙上爐體連續(xù)加料硅單晶爐的使用方法，包括如下步驟
第一歩，在所述下爐筒內(nèi)放置原料，所述下爐筒與所述左上爐筒連接，加工第一根
曰曰棒；第二步，將完成加工的第一根晶棒提拉至所述左上爐筒內(nèi)，通過所述左上爐隔離 閥封閉所述左上爐筒，并對所述左上爐筒進行抽真空及充入氬氣；第三歩，通過所述右上爐隔離閥封閉所述右上爐筒，并且將所述右上爐筒與所述 下爐筒對接；第四歩，通過所述連續(xù)加料裝置接ロ住所述下爐筒添加原料；第五歩，通過所述右上爐筒完成第2根晶棒的加工。所述第三步中，將所述右上爐筒與所述下爐筒對接后需要等到將所述右上爐筒及 所述下爐筒壓カ相等后，再開啟所述右上爐體隔離閥與豎直隔離閥。本發(fā)明雙上爐體連續(xù)加料硅單晶爐可以實現(xiàn)在不更換石英坩堝及不開爐的情況 下進行二次連續(xù)加料及硅單晶棒的拉制，從而從節(jié)能、節(jié)約坩堝、及節(jié)約時間上降低硅單晶 棒的生產(chǎn)成本。


圖1為本發(fā)明雙上爐體連續(xù)加料硅單晶爐結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明雙上爐體連續(xù)加料硅單晶爐結(jié)構(gòu)側(cè)示圖；圖3為本發(fā)明雙上爐體連續(xù)加料硅單晶爐使用方法流程圖；本發(fā)明雙上爐體連續(xù)加料硅單晶爐及其使用方法附圖中附圖標記說明1-左籽晶頭単元2-右籽晶頭単元3-左上爐筒4-右上爐筒5-左上爐體晶棒定位裝置 6-右上爐體晶棒定位裝置7-左上爐隔離閥8-右上爐隔離閥9-豎直隔離閥10-左上爐體提升裝置11-右上爐體提升裝置12-連續(xù)加料裝置接ロ13-上爐蓋14-下爐筒15-下爐體提升裝置16-下爐體真空単元17-主機架18-爐體升降単元19-左上爐體真空単元20-右上爐體真空単元21-氬氣單元22-水冷單元
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明雙上爐體連續(xù)加料硅單晶爐及其使用方法作進ー步詳細 說明。如圖1、圖2所示，本發(fā)明雙上爐體連續(xù)加料硅單晶爐，左籽晶頭単元1、左上爐筒 3、左上爐體晶棒定位裝置5，左上爐隔離閥7共同組成左上爐筒體系統(tǒng)；右籽晶頭單元2、 上爐筒4、右上爐體晶棒定位裝置6，右上爐隔離閥8共同組成右上爐筒體系統(tǒng)；上爐蓋13、 下爐筒14等部件共同組成下爐體系統(tǒng)；左、右上爐筒體系統(tǒng)分別有獨自的提升、旋轉(zhuǎn)裝置， 即左上爐體提升裝置10和右上爐體提升裝置11 ；兩套上爐筒體系統(tǒng)分別可以和豎直隔離閥9對接；左上爐隔離閥7、右上爐隔離閥8，豎直隔離閥9分別有各自的自動開啟的閥板， 以豎直隔離閥9為分界的上部系統(tǒng)和下部系統(tǒng)對接時，左上爐體提升裝置10和右上爐體提升裝置11可以翻轉(zhuǎn)到豎直隔離閥9內(nèi)，從而節(jié)省高度上的空間；左上爐體提升裝置10和右上爐體提升裝置11分別有各自獨立的左上爐體真空單元19和左上爐體真空單元20 ；下爐體系統(tǒng)的提升及旋轉(zhuǎn)由下爐體提升裝置15完成；下爐體真空單元16實現(xiàn)對下爐體系統(tǒng)抽真空；氬氣單元21可以分別為左、右上爐筒體系統(tǒng)、下爐體系統(tǒng)三套獨立腔體提供氬氣；連續(xù)加料裝置接口 12連接連續(xù)加料系統(tǒng)可以對下爐體系統(tǒng)內(nèi)坩堝進行二次連續(xù)可控緩慢加料；冷卻水單元22對所有系統(tǒng)進行冷卻降溫。所有的組件都安裝在主機架17上，通過爐體升降單元18來操控。如圖3所示，本發(fā)明雙上爐體連續(xù)加料硅單晶爐的使用方法工藝及操作流程如下第一步，在拉制第一根晶棒時，坩堝加硅料120公斤、爐體抽真空、充氬氣、引晶、 縮頸、放肩、等徑拉晶。此時，左籽晶頭單元1、左上爐筒3、左上爐隔離閥7、豎直隔離閥9、 上爐蓋13、下爐筒14，下爐體真空單元16等部套組成一套拉晶系統(tǒng)，氬氣單元21提供氬氣在左籽晶頭單元1頂部通入，爐內(nèi)抽真空由下爐體真空單元16完成。第二步，當石英坩堝內(nèi)剩料為20公斤時，進行晶棒收尾，把拉制完成的晶棒(重 100公斤)用1個小時時間緩慢提拉至左上爐筒3內(nèi)；同時關(guān)閉左上爐隔離閥7及豎直隔離閥9 ；同時啟用左上爐體真空單元19對左上爐筒3抽真空，此時左上爐筒3仍由氬氣單元21進行氬氣供應；同時開啟氬氣單元21對下爐筒14腔體內(nèi)的氬氣供應，氬氣由上爐蓋 13頸部通入。第三步，用左上爐體晶棒定位裝置5固定晶棒后，開啟左上爐體提升裝置10帶動左上爐筒3和連接其上的左籽晶頭單元1、左上爐隔離閥7等部套上升，外擺至外端位置。第四步，關(guān)閉右上爐筒4下端連接的右上爐體隔離閥8，用右上爐體真空單元20對右上爐筒4抽真空，并由氬氣單元21通入氬氣。第五步，開動右上爐體提升裝置11帶動右上爐筒4進行內(nèi)擺、下降，并使右上爐隔離閥8與豎直隔離閥9對接，調(diào)整壓力至上下兩腔體內(nèi)壓力相等，開啟右上爐隔離閥8與豎直隔離閥9。第六步，此時上下爐體相通，石英坩堝內(nèi)硅料仍然為液態(tài)，下爐腔溫度仍在1420°C 以上，開啟連續(xù)加料裝置接口 12，對石英坩堝進行加料，加料時要連續(xù)和緩慢，以保證坩堝內(nèi)物料處于液態(tài)或固液共存狀態(tài)。第七步，當加料100公斤至坩堝內(nèi)物料總量120公斤時(先期剩余20公斤)，停止加料，繼續(xù)保溫使硅液穩(wěn)定一個小時以上，開始拉晶過程。第八步，第2根晶棒拉制完成，此時普通石英坩堝接近壽命極限，不能繼續(xù)使用， 余下過程和其他硅單晶爐后續(xù)過程相同，完整工作過程完成。以上已對本發(fā)明創(chuàng)造的較佳實施例進行了具體說明，但本發(fā)明并不限于實施例， 熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明創(chuàng)造精神的前提下還可作出種種的等同的變型或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.雙上爐體連續(xù)加料硅單晶爐，包括 主機架；下爐體，所述下爐體設(shè)置在所述主機架上；其特征在于，所述雙上爐體連續(xù)加料硅單晶爐還包括雙上爐體組件，所述雙上爐體組件包括兩個分立設(shè)置的左上爐體及右上爐體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙上爐體連續(xù)加料硅單晶爐，其特征在于，所述左上爐體包括左上爐筒；左籽晶頭單元，所述左籽晶頭單元設(shè)置在所述左上爐筒的一端；左上爐體晶棒定位裝置，所述左上爐體晶棒定位裝置設(shè)置在所述左上爐筒的外側(cè)；左上爐隔離閥，所述左上爐隔離閥設(shè)置在所述左上爐筒的另外一端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙上爐體連續(xù)加料硅單晶爐，其特征在于，所述左上爐體及所述右上爐體為對稱設(shè)計。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙上爐體連續(xù)加料硅單晶爐，其特征在于，所述左上爐體、所述右上爐體及下爐體分別通過左上爐體提升裝置、右上爐體提升裝置及下爐體提升裝置與所述主機架連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙上爐體連續(xù)加料硅單晶爐，其特征在于，所述下爐體包括下爐筒，所述下爐筒與所述主機架連接； 下爐蓋，所述下爐蓋設(shè)置在所述下爐筒的上端；豎直隔離閥，所述豎直隔離閥設(shè)置在所述下爐筒的上端，所述下爐筒及所述左上爐筒通過所述豎直隔離閥及所述左上爐隔離閥連接；連續(xù)加料裝置接口，所述連續(xù)加料裝置接口與所述下爐蓋連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙上爐體連續(xù)加料硅單晶爐，其特征在于，所述雙上爐體連續(xù)加料硅單晶爐還進一步包括設(shè)置在所述上爐體組件后端的氣體裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙上爐體連續(xù)加料硅單晶爐，其特征在于，所述氣體裝置包括真空單元，所述真空單元包括相互分立設(shè)置的左上爐體真空單元、右上爐體真空單元及下爐體真空單元，所述左上爐體真空單元、所述右上爐體真空單元及所述下爐體真空單元分別與所述左上爐筒、所述右上爐筒及下爐筒連接；氬氣單元，所述氬氣單元與所述真空單元分立設(shè)置，所述氬氣單元設(shè)置在所述與所述左上爐筒、所述右上爐筒及下爐筒連接；水冷單元，所述水冷單元與所述下爐筒組件及雙上爐體組件連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙上爐體連續(xù)加料硅單晶爐，其特征在于，所述雙上爐體連續(xù)加料硅單晶爐還進一步包括設(shè)置在所述下爐筒下端的爐體升降單元。
9.雙上爐體連續(xù)加料硅單晶爐的使用方法，其特征在于，包括如下步驟第一步，在所述下爐筒內(nèi)放置原料，所述下爐筒與所述左上爐筒連接，加工第一根晶棒；第二步，將完成加工的第一根晶棒提拉至所述左上爐筒內(nèi)，通過所述左上爐隔離閥封閉所述左上爐筒，并對所述左上爐筒進行抽真空及充入氬氣；第三步，通過所述右上爐隔離閥封閉所述右上爐筒，并且將所述右上爐筒與所述下爐筒對接；第四步，通過所述連續(xù)加料裝置接口往所述下爐筒添加原料； 第五步，通過所述右上爐筒完成第2根晶棒的加工。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的雙上爐體連續(xù)加料硅單晶爐的使用方法，其特征在于，所述第三步中，將所述右上爐筒與所述下爐筒對接后需要等到將所述右上爐筒及所述下爐筒壓力相等后，再開啟所述右上爐體隔離閥與豎直隔離閥。
全文摘要
本發(fā)明雙上爐體連續(xù)加料硅單晶爐，包括主機架；下爐體，所述下爐體設(shè)置在所述主機架上；所述雙上爐體連續(xù)加料硅單晶爐還包括雙上爐體組件，所述雙上爐體組件包括兩個分立設(shè)置的左上爐體及右上爐體。本發(fā)明雙上爐體連續(xù)加料硅單晶爐可以實現(xiàn)在不更換石英坩堝及不開爐的情況下進行二次連續(xù)加料及硅單晶棒的拉制，從而從節(jié)能、節(jié)約坩堝、及節(jié)約時間上降低硅單晶棒的生產(chǎn)成本。
文檔編號C30B15/00GK102352529SQ20111029791
公開日2012年2月15日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者楊永錄, 葛亮, 賀賢漢, 賴章田 申請人:上海漢虹精密機械有限公司