CN102409398B - 一种长单晶硅棒的取出装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长单晶硅棒的取出装置，用于硅单晶炉，包括由下至上依次设置的电动推杆、电动推杆连接块、顶升轴、炉盖提升轴、炉盖提升连接件、副室提升轴和副室提升连接件，所述顶升轴贯穿所述炉盖提升轴且所述顶升轴的两端分别延伸出所述炉盖提升轴的端部，所述顶升轴能在所述炉盖提升轴内上下移动，所述顶升轴的上端与所述副室提升轴的下端相连接，所述顶升轴的下端与所述电动推杆连接块相连接，在所述炉盖提升轴底端与所述电动推杆连接块之间的所述顶升轴上设有可拆装的止挡部件。本发明实现了长单晶硅棒稳固、安全方便、可靠的取出，同时满足不同长度单晶硅棒取出而进行快捷、方便切换需求的长单晶硅棒的取出装置。

Description

一种长单晶硅棒的取出装置

技术领域

本发明涉及一种半导体行业中长单晶硅棒的生产领域，尤其涉及一种长单晶硅棒的取出装置。

背景技术

随着硅单晶炉二次投料设备和工艺的使用，硅单晶炉一次可生产的硅单晶棒长度得到显著提升。同时大尺寸单晶硅棒生产炉型以其大投料量为优点在进行小尺寸单晶棒生产时可一次生产获得较长单晶硅棒。例如直径8英寸单晶硅棒生产炉型一次可投料120Kg，以相同的投料量进行直径6英寸单晶硅棒生产时可获单晶硅棒长度明显增长。为了适应同一炉型多次投料以及大炉型小直径单晶硅棒的生产需求，在长单晶棒取出装置上提出了调整要求。

如图1所示，为现有的硅单晶炉的结构示意图。现有的硅单晶炉主要包括由下至上依次设置的主室101、炉盖102、翻板阀103和副室104，在所述主室101、炉盖102、翻板阀103和副室104的一侧连接有提升机构200，用于提升炉盖102、翻板阀103和副室104，以便于单晶棒取出。如图2、图3所示，现有的硅单晶炉大多采用副室、炉盖联动提升机构200，该提升机构200包括由下至上依次设置的电动推杆201、电动推杆连接块202、顶升轴203、炉盖提升轴204、炉盖提升连接件205、副室提升轴206和副室提升连接件207；其中，顶升轴203贯穿炉盖提升轴204，顶升轴203的上端与副室提升轴205的下端相连接，使得顶升轴203在电动推杆201的上推力作用下，向上顶推副室提升轴205，进而使得副室104上提；在副室104上提一段距离时，电动推杆连接块202与炉盖提升轴204相接触，电动推杆201继续施加上推力，驱动炉盖102与副室104一起进行提升，再旋转至指定取棒位置，然后取出单晶棒。

由此可见，在现有技术中，副室104与炉盖102由同一动力源单行程内推动提升，即动力源先推动副室104进行提升，当副室104提升到一定高度后动力源触发炉盖102，再带动炉盖102与副室104一起进行提升，然后再进行取棒作业。

然而，在副室104提升的提升过程中会发生一定偏转，而此时炉盖102固定不动，因此副室104与炉盖102之间无法实现同步旋转，造成两者的位置存在有一定的偏差，会影响单晶棒的取出。当长单晶硅棒在副室104下方漏出长度超过副室104与翻板阀103之间距离时，更无法将长单晶硅棒取出，严重影响正常生产。

为了满足长单晶棒的取出需要，现有的一种取出方法是，在现场多个操作工人协作一起手扶炉盖102和副室104，使二者同步旋转至指定取棒位置，然后从炉盖102底部下方取出单晶棒，这样不但费时费力，而且操作者手扶保持副室104与炉盖102同步旋转的可靠性较差，容易导致因旋转不同步而使翻板阀103与单晶硅棒发生碰撞，引起单晶硅棒振掉的潜在危险，同时对于在单晶硅棒底下进行操作的人员也构成一定安全隐患。

现有的另一种取出方法是，如图4所示，在翻板阀103上安装立板208，当副室104先升起一定高度后，立板208可限制副室104相对翻板阀103的旋转，待炉盖102升起一定高度后，副室104、炉盖102、翻板阀103一起进行旋转，使其旋转至指定取棒位置，然后取出单晶棒。虽然现有技术中采用翻板阀103上加立板208的结构，在一定程度上可实现副室104与炉盖102的同步旋转并提高操作的安全性，但无法实现副室104与炉盖102的可靠同步旋转，容易产生副室104与翻板阀103、炉盖102间的晃动，而且每次操作需要依据所生产单晶硅棒的长度安装或拆除立板208，费时费力，增加工作强度，同时为保障合炉时副室与翻板阀的准确配合，每次均需要拆下立板208，立板208的安装和拆除有一定高度，不便施行操作。

另外，无论是多次投料生产还是大炉型进行小直径单晶硅棒的生产，长单晶硅棒的生产有一定的成品率，实际操作中除了需要考虑长单晶硅棒的稳定、安全、可靠取出外，还需要考虑长单晶硅棒与常规长度单晶硅棒生产变化时取出方法的切换。

因此如何能够保证长单晶硅棒的稳定、安全、可靠的取出，并针对长单晶硅棒与常规长度单晶硅棒生产变化而进行方便的切换已成为业界亟需改进的目标。

有鉴于长单晶硅棒取出的问题，本发明人基于从事机械设计制造多年的丰富经验及过强的专业知识，结合硅单晶炉的应用实际，积极加以研究创新，以期在结构方面克服现有技术的缺点，提供一种可实现长单晶硅棒稳固、安全方便、可靠的取出，同时满足不同长度单晶硅棒取出而进行快捷、方便切换需求的长单晶硅棒的取出装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够实现长单晶硅棒稳固、安全方便、可靠的取出，同时满足不同长度单晶硅棒取出而进行快捷、方便切换需求的长单晶硅棒的取出装置。

为达到上述目的，本发明提出一种长单晶硅棒的取出装置，用于硅单晶炉，包括由下至上依次设置的电动推杆、电动推杆连接块、顶升轴、炉盖提升轴、炉盖提升连接件、副室提升轴和副室提升连接件，所述顶升轴贯穿所述炉盖提升轴且所述顶升轴的两端分别延伸出所述炉盖提升轴的端部，所述顶升轴能在所述炉盖提升轴内上下移动，所述顶升轴的上端与所述副室提升轴的下端相连接，所述顶升轴的下端与所述电动推杆连接块相连接，在所述炉盖提升轴底端与所述电动推杆连接块之间的所述顶升轴上设有可拆装的止挡部件。

如上所述的长单晶硅棒的取出装置，其中，所述止挡部件包括：定位套，套装在所述电动推杆连接块和所述顶升轴下部；螺套，套装在所述定位套的上部，所述螺套的内壁与所述定位套的外壁螺纹连接；隔套，可拆装的滑动套设于所述顶升轴上，且位于所述螺套上方，所述隔套能顶抵于所述炉盖提升轴的底端。

如上所述的长单晶硅棒的取出装置，其中，在所述顶升轴上提运动之前，所述隔套的上端面与所述炉盖提升轴的底端面之间具有预定的间隙。

如上所述的长单晶硅棒的取出装置，其中，该预定的间隙为5mm～10mm。

如上所述的长单晶硅棒的取出装置，其中，所述隔套由两半隔套对接而成，在所述两半隔套的对应面上分别沿轴线开设有与所述顶升轴相配合的半圆槽，所述两半隔套通过螺栓相连接。

如上所述的长单晶硅棒的取出装置，其中，所述隔套由两半隔套对接而成，在所述两半隔套的对应面上分别沿轴线开设有与所述顶升轴相配合的半圆槽，所述两半隔套的一侧通过活页连接，另一侧通过螺栓相连接。

如上所述的长单晶硅棒的取出装置，其中，所述止挡部件为卡箍，所述卡箍卡紧于所述炉盖提升轴底端与所述电动推杆连接块之间的所述顶升轴上，所述卡箍与所述炉盖提升轴的底端面相配合顶抵。

如上所述的长单晶硅棒的取出装置，其中，在所述顶升轴上提运动之前，所述卡箍的上端面与所述炉盖提升轴的底端面之间具有预定的间隙。

如上所述的长单晶硅棒的取出装置，其中，所述预定的间隙为5mm～10mm。

如上所述的长单晶硅棒的取出装置，其中，所述取出装置还包括第一护板和第二护板，所述第一护板和所述第二护板分别设于所述硅单晶炉的翻板阀的上端两侧，所述第一护板的高度小于所述第二护板的高度，在所述第二护板的朝向所述第一护板的侧面上开设有锥面，所述锥面与所述硅单晶炉的副室的下端部相配合。

与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：

1、本发明在炉盖提升轴底端与电动推杆连接块之间的顶升轴上设有可拆装的止挡部件，与现有技术相比，基本上去除了副室先行运动行程，止挡部件在电动推杆连接块的带动下顶抵于炉盖提升轴底端，从而使得炉盖提升轴和副室提升轴同步提升，以保证硅单晶炉的副室与炉盖同步提升，从而保证炉体的稳固，使得长单晶硅棒转动过程中的稳定性、可靠性、安全性均大幅提升，并且提高了操作者在施工时的安全性。

2、本发明采用高度不等的第一护板和第二护板分别设于硅单晶炉的翻板阀上端两侧，并且在较高的第二护板的内侧开设有锥面，该锥面与硅单晶炉的副室的下端部相配合，副室下法兰与之接触后在下落过程中会沿着锥面滑向对中方向，第二护板内侧圆弧半径与副室下法兰外圆弧半径一致，实现准确对中。

3、由于本发明的止挡部件为可拆装的设置，因此可在长单晶硅棒取出与常规单晶硅棒方式之间方便切换。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1为现有的硅单晶炉的结构示意图；

图2为现有的硅单晶炉的提升机构的结构示意图；

图3为图2中A部分的放大结构示意图；

图4为现有的硅单晶炉的翻板阀与立板结合的结构示意图；

图5为本发明长单晶硅棒的取出装置的实施例一的结构示意图；

图6为图5中B部分的放大结构示意图；

图7为本发明的定位套的结构示意图；

图8为本发明的螺套的结构示意图；

图9为本发明的隔套的一实施例的主视剖面结构示意图；

图10为图9的俯视剖面结构示意图；

图11为本发明的隔套的另一实施例的主视剖面结构示意图；

图12为图11的俯视剖面结构示意图；

图13为本发明长单晶硅棒的取出装置的实施例二的结构示意图；

图14为图13中C部分的放大结构示意图；

图15为本发明的卡箍的主视剖面结构示意图；

图16为图15的俯视剖面结构示意图；

图17为本发明的翻板阀与护板结合的结构示意图。

附图标记说明：

现有技术：

101-主室；102-炉盖；103-翻板阀；104-副室；200-提升机构；201-电动推杆；202-电动推杆连接块；203-顶升轴；204-炉盖提升轴；205-炉盖提升连接件；206-副室提升轴；207-副室提升连接件；208-立板。

本发明：

1-电动推杆；2-电动推杆连接块；3-顶升轴；4-炉盖提升轴；5-炉盖提升连接件；6-副室提升轴；7-副室提升连接件；8-止挡部件；81-定位套；82-螺套；83-隔套；84、85-半隔套；86-螺栓；87、88-半隔套；89-活页；9-卡箍；10-翻板阀；11第一护板；12-第二护板；13-锥面。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

请参考图5、图6，为本发明长单晶硅棒的取出装置的实施例一的结构示意图及图5中B部分的放大结构示意图。如图所示，本发明提出的长单晶硅棒的取出装置，用于硅单晶炉，包括由下至上依次设置的电动推杆1、电动推杆连接块2、顶升轴3、炉盖提升轴4、炉盖提升连接件5、副室提升轴6和副室提升连接件7，顶升轴3贯穿炉盖提升轴4且顶升轴3的两端分别延伸出炉盖提升轴4的端部，顶升轴3能在炉盖提升轴4内上下移动，顶升轴3的上端与副室提升轴6的下端相连接，顶升轴3的下端与电动推杆连接块2相连接，这样在电动推杆1驱动下，电动推杆连接块2带动顶升轴3上升，推动副室提升轴6提升，并通过副室提升连接件7带动硅单晶炉的副室提升。在本发明中，在炉盖提升轴4底端与电动推杆连接块2之间的顶升轴3上设有可拆装的止挡部件8，用于限制顶升轴3相对于炉盖提升轴4的上下移动，基本上去除了副室先行运动行程，止挡部件8在电动推杆连接块2的带动下顶抵于炉盖提升轴4底端，从而使得炉盖提升轴4和副室提升轴6同步提升，以保证硅单晶炉的副室与炉盖同步提升，从而保证炉体的稳固，使得单晶硅棒转动过程中的稳定性、可靠性、安全性均大幅提升，并且提高了操作者在施工时的安全性。

请一并参考图7至图10，分别为本发明的定位套的结构示意图；本发明的螺套的结构示意图；本发明的隔套的一实施例的主视剖面结构示意图；以及图9的俯视剖面结构示意图。如图所示，在本实施例中，所述止挡部件8包括定位套81、螺套82和可拆装的隔套83，如图7所示，定位套81呈具有贯通的中空腔室的套筒结构，定位套81中空腔室的形状与电动推杆连接块2及顶升轴3连接部的形状相匹配，定位套81具有外螺纹；如图8所示，螺套82呈螺帽状，具有与定位套81外螺纹相配合的内螺纹；如图9、图10所示，隔套83呈由两半隔套拼接形成的圆筒状。其中：定位套81套装在电动推杆连接块2和顶升轴3下部，定位套81与电动推杆连接块2固定连接，起到配合螺套82和定位隔套83的作用；螺套82套装在定位套81的上部，螺套82的内壁与定位套81的外壁螺纹连接，在使用时，通过调整螺套82与定位套81之间的旋合量，以达到调节螺套82高度，进而实现对隔套83的位置高度的调节功能，使得隔套83与炉盖提升轴4之间保持适当的间距。隔套83滑动地套设于顶升轴3上，隔套83且位于螺套82上方，使得隔套83能够在螺套82的推动下上移，进而顶抵于炉盖提升轴4的底端，以驱动炉盖提升轴4上提运动，同时，顶升轴3驱动副室提升轴6上提运动，实现硅单晶炉的副室与炉盖同步提升。

进一步的，如图9、图10所示，隔套83由两半隔套84、85对接而成，在两半隔套84、85的对应面上分别沿轴线开设有与顶升轴相配合的半圆槽，两半隔套84、85通过螺栓86相连接。使得顶升轴3能够套置于两半圆槽对接形成的容置孔中，并且半圆槽的半径略大于顶升轴3的半径，使得隔套83与顶升轴3之间具有一定的间隙，进而使得隔套83能够沿顶升轴3外壁滑动，使得定位套81、螺套82与隔套83相互配合形成止挡部件8，可阻止顶升轴3相对于炉盖提升轴4滑动，实现炉盖提升轴4与副室提升轴6随顶升轴3同步上提，具有较高的可靠性和安全性。

进一步的，在顶升轴3上提运动之前，隔套83的上端面与炉盖提升轴4的底端面之间具有预定的间隙，该预定的间隙为5mm～10mm。即先使电动推杆1推动副室提升最小高度，然后发生电动推杆1也推动炉盖进行提升现象。实验测试，由于刚体接触及力的传递需要有一定的反应长度，反映到行程上即最小高度(预定的间隙)，其合理值为5mm，为保障力传递来于电动推杆最小高度可取10mm高度值，由于各提升部件装配完成后间隙不一，根据差异的实际情况，可将调节定位套81和螺套82的螺纹配合量。

作为本发明另一种可选的实施例，请参考图11和图12，分别为本发明的隔套的另一实施例的主视剖面结构示意图和图11的俯视剖面结构示意图。如图所示，隔套83由两半隔套87、88对接而成，在两半隔套87、88的对应面上分别沿轴线开设有与顶升轴相配合的半圆槽，两半隔套87、88的一侧通过活页89连接，另一侧通过螺栓86相连接，这样将两半隔套用活页连接，平时一起保存，使用时只需拧紧一侧螺钉，便可完成安装，具有拆装方便的优点。

作为本发明另一种可选的实施例，请参考图13至图16，分别为本发明长单晶硅棒的取出装置的实施例二的结构示意图，图13中C部分的放大结构示意图，本发明的卡箍的主视剖面结构示意图，以及图15的俯视剖面结构示意图。如图所示，止挡部件8为卡箍9，该卡箍9卡紧于炉盖提升轴4底端与电动推杆连接块2之间的顶升轴3上，使得卡箍9与顶升轴3之间形成摩擦副，这样当顶升轴3上提时，卡箍9随之上移并顶抵于炉盖提升轴4的底端面，进而通过卡箍9将上提力传递至炉盖提升轴4，使得炉盖提升轴4与副室提升轴6同步上提。但本发明采用的止挡部件8也不限于此，还可以采用其它公知的可拆装的结构，只要保证止挡部件8阻止顶升轴3相对于炉盖提升轴4上移超过设定的间隙距离，使得炉盖提升轴4与副室提升轴6同步上提即可。

进一步的，通过实验表明，如炉盖推动副室进行力传动时，容易引起副室与长单晶硅棒的摩擦颤动，为实现炉盖与副室同步提升中的稳定可靠，在顶升轴3上提运动之前，卡箍9的上端面与炉盖提升轴4的底端面之间具有预定的间隙，该预定的间隙为5mm～10mm。其作用与隔套83的上端面与炉盖提升轴4的底端面之间设置预定的间隙的作用相同，在此不再重复。

进一步的，请参考图17，为本发明的翻板阀与护板结合的结构示意图。如图所示，本发明的取出装置还包括第一护板11和第二护板12，第一护板11和第二护板12分别设于硅单晶炉的翻板阀10的上端两侧，第一护板11的高度小于第二护板12的高度，在第二护板12的朝向第一护板11的侧面上开设有锥面13，该锥面13与硅单晶炉的副室的下端部相配合，以保证副室与翻板阀合炉时二者准确对中，当副室回转至翻板阀10上方时由护板将其止动，在护板上开加工锥面，确保副室下落与翻板阀准确对中。在使用时，翻板阀10安装于炉盖之上，副室旋转，炉盖与翻板阀不动，副室旋出又旋回，其旋出方向为从第二护板12侧向第一护板11侧的转动，旋回方向为从第一护板11向第二护板12转动。旋出需要先升起一端距离，升起高度为大于第一护板11高度，同样回旋时旋转高度要大于第一护板11高度，且低于第二护板12高度，这样回旋通过第一护板11但被第二护板12阻止，第二护板12上侧有锥面13，副室下法兰与之接触后在下落过程中会沿着锥面13滑向对中方向，第二护板12内侧圆弧半径与副室下法兰外圆弧半径一致，实现准确对中。

综上所述，本发明通过在炉盖提升轴4底端与电动推杆连接块2之间的顶升轴3上设有可拆装的止挡部件8，基本上去除了副室先行运动行程，止挡部件8在电动推杆连接块2的带动下顶抵于炉盖提升轴4底端，从而使得炉盖提升轴4和副室提升轴6同步提升，以保证硅单晶炉的副室与炉盖同步提升，从而保证炉体的稳固，使得单晶硅棒转动过程中的稳定性、可靠性、安全性均大幅提升。止挡部件8采用可拆装的的结构，在生产长单晶硅棒时，可快速方便安装止挡部件8，从炉盖下方取出单晶硅棒；在生产常规单晶硅棒时，可方便的取下止挡部件8，采用常规方法取出单晶硅棒，具有切换方便的优点，也减少单晶棒下降距离和时间。在副室炉盖旋转时操作者位于炉盖边侧即可进行操作，操作高度降低，风险降低。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种长单晶硅棒的取出装置，用于硅单晶炉，包括由下至上依次设置的电动推杆、电动推杆连接块、顶升轴、炉盖提升轴、炉盖提升连接件、副室提升轴和副室提升连接件，所述顶升轴贯穿所述炉盖提升轴且所述顶升轴的两端分别延伸出所述炉盖提升轴的端部，所述顶升轴能在所述炉盖提升轴内上下移动，所述顶升轴的上端与所述副室提升轴的下端相连接，所述顶升轴的下端与所述电动推杆连接块相连接，其特征在于，在所述炉盖提升轴底端与所述电动推杆连接块之间的所述顶升轴上设有可拆装的止挡部件；

所述止挡部件包括：

定位套，套装在所述电动推杆连接块和所述顶升轴下部；

螺套，套装在所述定位套的上部，所述螺套的内壁与所述定位套的外壁螺纹连接；

隔套，可拆装的滑动套设于所述顶升轴上，且位于所述螺套上方，所述隔套能顶抵于所述炉盖提升轴的底端；

在所述顶升轴上提运动之前，所述隔套的上端面与所述炉盖提升轴的底端面之间具有预定的间隙；

该预定的间隙为5mm～10mm。

2.如权利要求1所述的长单晶硅棒的取出装置，其特征在于，所述隔套由两半隔套对接而成，在所述两半隔套的对应面上分别沿轴线开设有与所述顶升轴相配合的半圆槽，所述两半隔套通过螺栓相连接。

3.如权利要求1所述的长单晶硅棒的取出装置，其特征在于，所述隔套由两半隔套对接而成，在所述两半隔套的对应面上分别沿轴线开设有与所述顶升轴相配合的半圆槽，所述两半隔套的一侧通过活页连接，另一侧通过螺栓相连接。

4.如权利要求1所述的长单晶硅棒的取出装置，其特征在于，所述取出装置还包括第一护板和第二护板，所述第一护板和所述第二护板分别设于所述硅单晶炉的翻板阀的上端两侧，所述第一护板的高度小于所述第二护板的高度，在所述第二护板的朝向所述第一护板的侧面上开设有锥面，所述锥面与所述硅单晶炉的副室的下端部相配合。

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