CN102443845B - 连续生产单晶的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及单晶生产技术领域，公开了一种连续生产单晶的设备。本发明一种连续生产单晶的设备，包括底座、主炉室、炉盖组件、立柱和至少两个副室，每个副室的顶部固定连接有提拉头装置，并配有连续加料装置。优选地，所述副室设置为两个，所述两个副室分别位于立柱的两侧，分别通过可升降和旋转的连接机构与所述立柱相连。本发明采用至少两个副室进行交替拉晶的工作，当其中的一个处于拉晶状态时，其它副室和连续加料装置作生产准备，从而节约了时间，提高了生产效率，辅之以连续加料，形成了连续的单晶生产过程，使得消耗一个坩埚可拉制多根单晶，使得在副室交替更换和连续加料时维持主炉室的温度，进一步节约了能源，降低了生产成本。

Description

连续生产单晶的设备

技术领域

本发明涉及单晶生产技术领域，特别是涉及一种连续生产单晶的设备。

背景技术

目前，半导体材料如硅的单晶棒的生产一般采用直拉单晶炉，现有的单晶炉一般包括：底座、立柱、炉室、炉盖、带有提拉头的副室和相关管道等。由于现有的单晶炉一般只设有一个副室，不能连续生产单晶，在一个开炉周期内只能生产一根单晶，由于单晶的冷却、取出和籽晶的更换均需要耗费时间，坩埚消耗量大，一个坩埚只能生产1根单晶，且需要反复加热，造成资源浪费和较高的生产成本。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何提供一种可连续生产单晶的设备，以解决一个开炉周期消耗一个坩埚只能拉一根单晶，周期时间长，造成高能耗等资源浪费，生产成本高的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种连续生产单晶的设备，包括底座、主炉室、立柱、炉盖组件和顶部固定连接有提拉头装置的副室，所述副室与炉盖组件的顶部相连，所述副室设置为至少两个，每个副室分别通过可升降和旋转的连接机构与所述立柱连接，所述至少两个副室交替进行拉晶；所述主炉室的外侧设有加料装置，所述加料装置通过波纹管组件与所述炉盖组件相连。

其中，所述主炉室可通过顶升机构顶升和外旋。

其中，所述副室设置为两个，所述两个副室分别位于立柱的两侧，分别为第一副室和第二副室，所述第一副室和第二副室分别通过可升降和旋转的第一连接机构和第二连接机构与所述立柱相连。

其中，所述第一连接机构包括第一支臂、第一支撑、第一顶升轴、第一凸台和第一顶升机构；所述第一顶升轴通过第一支撑固定在所述立柱的一侧，所述第一副室通过第一支臂与第一顶升轴连接，第一凸台设置在所述第一顶升轴上位于第一支臂的下方，所述第一顶升机构驱动第一顶升轴向上运动使得第一凸台抵住所述第一支臂从而带动第一副室做提升运动，所述第一副室可绕第一顶升轴转动。

其中，所述第二连接机构包括第二支臂、第二支撑、第二顶升轴、第二凸台和第二顶升机构；所述第二顶升轴通过第二支撑固定在所述立柱的另一侧，所述第二副室通过第二支臂与第二顶升轴连接，第二凸台设置在所述第二顶升轴上位于第二支臂的下方，所述第二顶升机构驱动第二顶升轴向上运动使得第二凸台抵住所述第二支臂从而带动第二副室做提升运动，所述第二副室可绕第二顶升轴转动。

其中，所述炉盖通过第三支臂连接到第二顶升轴上，所述第三支臂位于第二顶升机构的上方；所述第二顶升轴上位于第三支臂的下方设有第三凸台，所述第三凸台距第三支臂的距离大于第二凸台距第二支臂的距离；炉盖组件可绕第二顶升轴转动。

其中，所述至少两个副室和炉盖组件可通过人工推动进行转动或与通过机动连接进行自动转动。

其中，所述炉盖组件与所述波纹管组件的连接处设有插板阀。

其中，所述加料装置设有移动车。

(三)有益效果

上述技术方案提供的一种连续生产单晶的设备，采用至少两个副室进行交替地进行拉晶，同时配有连续加料装置，使得当其中的一个处于拉晶工作时，其它副室处于生产准备状态或单晶冷却状态，此时，连续加料装置也处于装料和预抽真空等生产准备状态，从而形成了连续的单晶生产过程，使得消耗一个坩埚可拉制多根单晶，并使得主炉室工作状态下保持温度，节约了能源，并降低了生产成本。进一步地，在加料装置的底部设有移动车，便于加料装置的移动。

附图说明

图1是本发明一种连续生产单晶的设备非工作状态下的主视图；

图2是本发明第二副室拉晶状态下的主视图；

图3是本发明第二副室拉晶状态下的俯视图；

图4是本发明第一副室拉晶状态下的主视图；

图5是本发明第一副室拉晶状态下的俯视图。

其中，1、底座；2、主炉室；3、炉盖组件；4、加料装置；5、立柱；3-1、炉盖；3-2、翻板阀；3-3、插板阀；4-1、料仓；4-2、波纹管组件；4-3、移动车；6-1、第一副室；6-2、第二副室；6-1a、第一提拉头装置；6-2a，第二提拉头装置；7-10、第一连接机构；7-20、第二连接机构；7-11、第一支臂；7-12、第一支撑；7-13、第一顶升轴；7-14、第一顶升机构；7-15、第一凸台；7-21、第二支臂；7-22、第二支撑；7-23、第二顶升轴；7-24、第二顶升机构；7-25、第二凸台；7-26、第三凸台；8、第三支臂。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1，本发明一种连续生产单晶的设备包括底座1、主炉室2、炉盖组件3、加料装置4、顶部固定安装有提拉头装置6-3的副室、立柱5和相关管道。主炉室2安装在底座1上，该主炉室2可由顶升机构驱动其旋转和升降；主炉室2内设坩埚。炉盖组件3包括炉盖3-1、与炉盖3-1的顶部固定连接的翻板阀3-2以及位于炉盖3-1加料口上的插板阀3-3，炉盖组件3可提升和旋转，位于主炉室2的上方。立柱5固定在底座1的后侧上，位于主炉室2的后面。副室与立柱5相连，位于炉盖3的上方。加料装置4设置在主炉室2的外侧，该加料装置4可与炉盖3-1的顶部相连，位于主炉室2的一侧，主炉室2、副室和加料装置4的内部均设有充保护气体管道和抽真空管道。本发明的副室设置有至少两个，每个副室均通过可升降和旋转的连接机构与立柱5连接，本实施例优选为两个，该两个副室分别位于立柱5的两侧，分别为第一副室6-1和第二副室6-2，该第一副室6-1和第二副室6-2所配置的提拉头装置为第一提拉头装置6-1a和第二提拉头装置6-2a，第一副室6-1和第二副室6-2分别通过可升降和旋转的第一连接机构7-10和第二连接机构7-20与立柱5相连。

本实施例的第一连接机构7-10包括：第一支臂7-11、第一支撑7-12、第一顶升轴7-13和第一顶升机构7-14；第一顶升轴7-13的上、下端分别通过第一支撑7-12固定在立柱5的一侧，第一副室6-1通过第一支臂7-11与第一顶升轴7-13连接，第一顶升轴7-13位于第一支臂7-11的下方设有第一凸台7-15。第一顶升机构7-14位于第一顶升轴7-13的下端，当第一顶升机构7-14驱动第一顶升轴7-13向上运动时，第一凸台7-15抵住第一支臂7-11使得与第一支臂7-11固定连接的第一副室6-1做升降运动；第一副室6-1可绕其第一顶升轴7-13转动。其中，第一顶升机构7-14可为油缸、气缸、电动推杆等具有伸缩功能的传动机构。

第二连接机构7-20包括：第二支臂7-21、第二支撑7-22、第二顶升轴7-23和第二顶升机构7-24；第二顶升轴7-23的上、下端分别通过第二支撑7-22固定在立柱5的另一侧，第二副室6-2通过第二支臂7-21与第二顶升轴7-23连接，第二顶升轴7-23上位于第二支臂7-21的下方固定连接有第二凸台7-25。第二顶升机构7-24位于第二顶升轴7-23的下端，当第二顶升机构7-24驱动第二顶升轴7-23向上运动时，第二凸台7-25抵住第二支臂7-21使得与第二支臂7-21固定连接的第二副室6-2做升降运动；第二副室6-2可绕其第二顶升轴7-23转动。其中，第二顶升机构7-24可为油缸、气缸、电动推杆等具有伸缩功能的传动机构。

其中，第一副室6-1和第二副室6-2可通过人工推动进行转动或者与电机等机动机构连接进行自动转动。

本实施例的炉盖组件3通过第三支臂8连接到第二顶升轴7-22上，第二顶升轴7-22上位于第三支臂8的下方固定连接有第三凸台7-26，第三凸台7-26距第三支臂8的距离大于第二凸台7-25距第二支臂7-21的距离，使得第二顶升机构7-24先驱动第二副室6-2做向上运动，在第二顶升机构7-24继续向上运动时，驱动炉盖组件3与第二副室6-2同时向上运动。该炉盖组件3可通过手动或与电机等机动机构连接绕第二顶升轴7-22转动。

如图1，本实施例的加料装置4包括料仓4-1、波纹管组件4-2和移动车4-3，料仓4-1通过波纹管组件4-2可与炉盖3-1上的插板阀3-3相连，移动车4-3位于加料装置4的底部。其中，移动车4-3的作用是便于移动料仓4-1以为副室的转动提供空间；采用插板阀3-3是用于将料仓4-1和炉盖3-1隔离或连通，以维持主炉室2的真空度和炉温，当需加料的时候打开该插板阀3-3进行连续加料，加料完成后需要移动料仓4-1的时候，关闭该隔离阀4-5以使主炉室2与外界隔离。

上述提供的技术方案的一种连续生产单晶的设备的工作过程为：

图2和图3为第二副室6-2的拉晶状态，第二副室6-2与炉盖组件3连接处于拉晶状态，此时，翻板阀3-2处于打开状态，第一副室6-1不与炉盖组件3连接处于立柱5的一侧，作安装籽晶等生产准备；当第二副室6-2拉晶完成后，将单晶提升到第二副室6-2的内腔，并关闭翻板阀3-2，然后第二顶升机构7-24将第二副室6-2提升，并转动第二支臂7-21使第二副室6-2离开炉盖组件3，进行单晶冷却、取出单晶及更换籽晶等工作；与此同时，转动第一支臂7-11使得第一副室6-1转动至炉盖组件3的上方，并驱动第一顶升机构7-14将第一副室6-1与炉盖组件3相连接进行第一副室6-1的拉晶工作。

图4和图5为第一副室6-1的拉晶状态，当第一副室6-1移动到炉盖组件3的位置后，将加料装置4移动到待加料的位置，将波纹管组件4-2与炉盖组件3的插板阀3-3连接，此时插板阀3-3处于关闭状态，待料仓4-1装料后进行抽真空，料仓4-1抽真空合格后打开插板阀3-3对主炉室2进行加料，待上述准备工作完成后，打开翻板阀3-2进行第一副室6-1的拉晶工作。当第一副室6-1拉晶完成后，将单晶提升至第一副室6-1的内腔，关闭炉盖组件3的翻板阀3-2，然后通过第一顶升机构7-14将第一副室6-1提升，并转动第一支臂7-11使得第一副室6-1离开炉盖组件3的位置进行冷却及取出单晶和更换籽晶等工作。

由上述的工作过程推理，在第一副室6-1拉晶完成后，配合连续加料，可进行第二副室6-2下一轮的拉晶工作。本实施的两个副室依次交替，可进行连续拉晶。

上述技术方案形成了连续的单晶生产过程，使得消耗一个坩埚可拉制多根单晶，并使得主炉室2在更换副室过程中维持温度，不需反复加热，节约了能源，降低了生产成本。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种连续生产单晶的设备，包括底座、主炉室、立柱、炉盖组件和顶部固定连接有提拉头装置的副室，所述副室与炉盖组件的顶部相连，其特征在于，所述副室设置为至少两个，每个副室分别通过可升降和旋转的连接机构与所述立柱连接，所述至少两个副室交替进行拉晶；所述主炉室的外侧设有加料装置，所述加料装置通过波纹管组件与所述炉盖组件相连；所述副室设置为两个，所述两个副室分别位于立柱的两侧，分别为第一副室和第二副室，所述第一副室和第二副室分别通过可升降和旋转的第一连接机构和第二连接机构与所述立柱相连；所述第二连接机构包括第二支臂、第二支撑、第二顶升轴、第二凸台和第二顶升机构；所述第二顶升轴通过第二支撑固定在所述立柱的另一侧，所述第二副室通过第二支臂与第二顶升轴连接，第二凸台设置在所述第二顶升轴上位于第二支臂的下方，所述第二顶升机构驱动第二顶升轴向上运动使得第二凸台抵住所述第二支臂从而带动第二副室做提升运动，所述第二副室可绕第二顶升轴转动；所述炉盖通过第三支臂连接到第二顶升轴上，所述第三支臂位于第二顶升机构的上方；所述第二顶升轴上位于第三支臂的下方设有第三凸台，所述第三凸台距第三支臂的距离大于第二凸台距第二支臂的距离；炉盖组件可绕第二顶升轴转动。

2.如权利要求1所述的连续生产单晶的设备，其特征在于，所述第一连接机构包括第一支臂、第一支撑、第一顶升轴、第一凸台和第一顶升机构；所述第一顶升轴通过第一支撑固定在所述立柱的一侧，所述第一副室通过第一支臂与第一顶升轴连接，第一凸台设置在所述第一顶升轴上位于第一支臂的下方，所述第一顶升机构驱动第一顶升轴向上运动使得第一凸台抵住所述第一支臂从而带动第一副室做提升运动，所述第一副室可绕第一顶升轴转动。

3.如权利要求1所述的连续生产单晶的设备，其特征在于，所 述至少两个副室和炉盖组件可通过人工推动进行转动或通过机动连接进行自动转动。

4.如权利要求1所述的连续生产单晶的设备，其特征在于，所述炉盖组件与所述波纹管组件的连接处设有插板阀。

5.如权利要求1所述的连续生产单晶的设备，其特征在于，所述加料装置设有移动车。