CN103813891B - 用于将硅切割成在化学气相沉积多晶硅反应器中使用的籽晶杆的锯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于将硅切割成在化学气相沉积多晶硅反应器中使用的籽晶杆的锯。本发明还提供了将硅切割成在化学气相沉积多晶硅反应器中使用的籽晶杆的系统和方法。一种方法包括用锯片将硅锭切割成硅片、旋转硅片并将硅片切割成用于在化学气相沉积多晶硅反应器中使用的尺寸较小的硅籽晶杆。

Description

用于将硅切割成在化学气相沉积多晶硅反应器中使用的籽晶杆的锯

相关申请

本申请要求于2011年7月15日提交的美国临时申请No.61/508,233的优先权，该申请的公开内容整体通过引用并入本文。

技术领域

本发明总的涉及用于切割硅的系统和方法，更具体地涉及用于将硅锭切割成在化学气相沉积反应器中使用的籽晶杆的锯。

背景技术

在电子和太阳能行业中使用的超纯多晶硅通常是借助于在反应器内进行的化学气相沉积(CVD)工艺由气态反应物的沉积而生产的。

用于在CVD反应器中生产超纯多晶硅的一种工艺被称为Siemens(西门子)工艺。设置在反应器内的硅棒被用作籽晶以启动该工艺过程。气态的含硅反应物穿过反应器流动并使硅沉积到硅棒的表面上。气态反应物(即，气态前体)是含硅烷化合物，如卤代硅烷(halosilanes)或甲硅烷(monosilanes)。反应物被加热到温度高于1000℃并在这些条件下在硅棒的表面上分解。因此，硅按照下列总反应式沉积在硅棒上：

2HSiCl₃→Si+2HCl+SiCl₄

具有预定厚度的一层硅已沉积在硅棒的表面上之后，该过程停止。然后从CVD反应器提取出硅棒，从硅棒收获硅以便进一步处理。

在反应器中使用的硅籽晶杆从较大的硅块或硅锭形成，该硅块或硅锭被锯切割以形成籽晶杆。在已知的系统中，这些锯借助于平行布置的多个圆形锯片切割较大的硅锭。在一些系统中，八个锯片被组合在一个包(pack)中。此外，典型的锯使用多包锯片并且同时对多个较大的硅锭进行操作。常用的锯使用两包或者四包锯片。每个包中的锯片通过驱动系统连接至使锯片旋转的单个马达。在运行期间，锯片和马达可相对于锯的框架移动。较大的硅锭被设置在静止不动的锯床上，而锯片和马达可沿轨道移动。

在操作具有包含八个锯片的锯片包的常用锯的过程中，当锯沿着轨道行进时，每个较大的硅锭由其相应的锯片包切割成七个较小的硅锭(两个外侧硅片经常被丢弃)。然后七个较小的硅锭被旋转90度并被锯再次切割，最外侧的两行籽晶杆通常被丢弃。因此这些较小的硅锭在第二次移动通过锯之后被切割成总共49个硅籽晶杆。

这些已知的锯受到多个缺点的影响，其中之一是，它们仅配备有单个马达以旋转锯的所有锯片。这样，如果该马达发生故障，则造成整个锯不能操作。此外，这些已知的锯的设计只操作以切割具有相同长度的单个硅锭，因而不能切割具有不同长度的硅锭。另外，由于这些已知的锯中仅使用单个马达，因此锯片在切割期间沿着轨道行进的速率不能为每个单独的锯片包调节。也就是说，每个锯片包都以与其它锯片包相同的速率旋转。

该背景技术部分旨在向读者介绍可能涉及到本发明在下面描述和/或要求保护的各方面的现有技术的各方面。相信这种讨论有助于向读者提供背景信息以便于更好地理解本发明的各个方面。因此，应理解的是，这些陈述要从所述角度阅读，而不是作为对现有技术的承认。

发明内容

第一方面是一种用锯将硅锭切割成多个用于在化学气相淀积多晶硅反应器中用作硅籽晶杆的较小的硅锭的方法，所述锯包括与至少一个马达连接的多个锯片包，锯片可沿着连接至锯的框架的轨道移动。该方法包括用所述多个锯片包之一将硅锭切割成多个硅片，其中该锯片包在切割硅锭期间以第一速率沿轨道移动；使所述多个硅片旋转90度；用该锯片包将所述多个硅片切割成多个在化学气相沉积多晶硅反应器中使用的尺寸较小的硅籽晶杆，其中该锯片包在切割多个硅锭期间以不同于第一速率的第二速率沿着轨道移动。

另一方面是一种用于将硅锭切割成多个较小的硅锭的系统，所述较小的硅锭用作化学气相沉积多晶硅反应器中的硅籽晶杆。该系统包括具有第一部分和对向的第二部分的框架，第一部分和第二部分可沿框架的纵向轴线彼此独立地移动；连接至框架的第一部分的第一组两个或更多个锯片包；连接至框架的第二部分的第二组两个或更多个锯片包；第一马达，其连接至第一组锯片包以旋转第一组锯片包；第二马达，其连接至第二组锯片包以旋转第二组锯片包，其中第一马达连接至框架的第一部分以及第二马达连接至框架的第二部分。

又一方面是用于将硅锭切割成多个较小的硅锭的系统，所述较小的硅锭用作化学气相沉积多晶硅反应器中的硅籽晶杆。该系统包括具有第一部分和对向的第二部分的框架；六个或更多个连接至框架的锯片包，第一组至少三个锯片包连接至框架的第一部分，第二组至少三个另外的锯片包连接至框架的第二部分；连接至第一组锯片包的第一马达，第一马达配置成旋转第一组锯片包；连接至第二组锯片包的第二马达，第二马达配置成旋转第二组锯片包。

关于上述各方面指出的特征存在各种改进。其它特征也可以与上述各方面相结合。这些改进和附加特征可以单独存在或以任何组合形式存在。例如，下面讨论的关于任一所示实施例的各种特征都可以单独或以任意组合结合在任何上述方面中。

附图说明

图1是用于将较大的硅锭切割成硅籽晶杆的系统的顶视图；

图2示出了图1的系统沿着线2-2剖开的剖视图；和

图3示出了图1的系统沿着线3-3剖开的剖视图。

各附图中同样的参考标号代表相同的元件。

具体实施方式

本文所述的实施例总的涉及用于将较大的硅锭切割成在化学气相沉积(CVD)多晶硅反应器中使用的硅籽晶杆的系统和方法。然后这些硅籽晶杆用于在CVD反应器中生产多晶硅期间使用。虽然本文提到切割硅锭，但是根据任何合适的方法形成的硅棒也可以被切割以形成本文所述的硅籽晶杆。此外，本文描述的这些系统和方法也可用于切割其它半导体和太阳能材料。

用于切割硅锭的示例性的锯系统在图1-3中总的标识为100。由锯100切割的硅锭102(图2)可以根据任何合适的工艺如Czochralski工艺形成。硅锭102通常具有圆形的截面形状。硅锭102可以具有不同的形状(例如，正方形或矩形)而不脱离本实施例的范围。在该示例性实施例中，较大的硅锭102可具有高达约3000mm的长度和高达约125mm的直径。较大的硅锭102可具有不同的尺寸而不脱离本实施例的范围。

系统100具有框架104，该框架104具有第一部分110和侧向地邻接第一部分的对向的第二部分120。第一轨道112连接至第一部分110，第二轨道122连接至第二部分120。

第一部分110可在大致平行于系统100的纵向轴线的方向上沿着第一轨道112移动。第一致动器111连接至第一部分110，并且可操作以使第一部分沿着第一轨道112移动。第二部分120同样可在大致平行于所述纵向轴线的方向上沿着第二轨道122移动。第二致动器121连接至第二部分120。

参见图2，锯片包(pack)116的第一组114连接至第一部分110。该示例性实施例中的第一组114包括三个由锯片118组成的包116(为清楚起见，在图2中仅标出其中之一)。每个包116中的锯片118被彼此间隔开并构造成将较大的硅锭切割成硅籽晶杆。因此，锯片118间隔的距离大致等于硅籽晶杆的期望宽度。每个单独的锯片包116中的锯片118连接至刀轴/刀杆130(即，心轴)，使得所述锯片基本上一起旋转。刀轴130进而连接至第一驱动轴132，第一驱动轴132连接至第一马达134。这样，第一马达134的旋转导致第一组114中的每个锯片包116中的锯片118旋转。在本实施例中，第一马达134连接至框架104的第一部分110并与锯片118的包116的第一组114一起沿第一轨道112移动。在其它实施例中，第一马达134可连接至系统100中的其它结构使得该马达保持静止不动或者不与框架104的第一部分110一致地移动。在这些实施例中，第一马达134通过柔性驱动轴或其它合适的动力传动系统连接至驱动轴132。

第二组锯片包连接至框架的第二部分。为清楚起见，不示出这一组锯片包，但是它们构造成与上述第一组114相同或相似。因此，连接至第二组锯片包的第二马达124的旋转导致这些锯片的旋转。在本实施例中，第二马达124连接至框架104的第二部分120并与第二组锯片包一起沿第二轨道122移动。在其它实施例中，第二马达124可连接至系统100中的其它结构使得该马达保持静止不动或者不与框架104的第二部分120一致地移动。在这些实施例中，第二马达124通过柔性驱动轴或其它合适的动力传动系统连接至第二组锯片包。

当本文提及锯片118、包116和组114时，目的在于参见第一组和/或第二组锯片包，除非另有说明。在本示例性实施例中，第一组114和第二组中包括三包116的锯片118，每个锯片包都具有八个单独的锯片。其它实施例可使用锯片118的不同数量的包116或者每包具有不同数量的锯片，而不脱离实施例的范围。此外，一些实施例可以在第一组114和第二组中使用锯片118的不同数量的包116(即，第一组的包的数量与第二组的包的数量可以不同)。

在示例性实施例中，锯片118组成的每个包116用于将较大的硅锭102切割成硅籽晶杆。在本文描述的示例中，较大的硅锭102具有大致圆形的截面，但是在其它实施例中它们的形状可以不同(例如，正方形或矩形)。具有不同截面的硅锭可以由系统100切割成硅籽晶杆。每个包116中的锯片118的数量和/或锯片之间的间距可以改变以适应这些不同尺寸的硅锭。

在使用期间，较大的硅锭102首先被锯片118组成的包之一116在第一移动(一次通过，pass)期间切割成多个片。在每个包116具有八个锯片118的示例性实施例中，较大的硅锭102被切割成9个硅片，并且两个最外侧的硅片通常被丢弃。然后剩余的7个硅片由操作者或其它机械系统旋转90度。然后这些硅片在第二移动过程中被锯片118组成的包116再次切割成49个硅籽晶杆(最外侧的两行籽晶杆往往被丢弃)。然后籽晶杆被从系统100中移除、储存以供以后使用或者安装在CVD反应器中。此外，在一些实施例中，来自第一移动的两个最外侧硅片和/或来自第二移动的两行最外侧籽晶杆可以不丢弃。

在通常的使用中，每组114中的锯片118的每个包116将用于基本上同时将硅锭102切割成硅籽晶杆。这样，在本示例性实施例中，六个较大的硅锭102由系统100基本上同时切割。

在使用期间，较大的硅锭102被装载到系统中，并且在第一移动开始前由框架104上的升降器140定位。在该示例性实施例中，六个较大的硅锭102可装载到系统100中，每个硅锭放置成大致平行于锯片118的包116。硅锭102可通过任何适当的紧固件(例如，气动夹具)固定至系统100的框架104上。然后致动器111、121使第一部分110和第二部分120开始与连接至框架的相应部分的相应的组114中的包116中的锯片118一起移动。马达124、134使组114中的包116中的锯片118旋转，锯片开始切割硅锭102。致动器111、121继续移动框架部分110、120直到硅锭102已被切割成片和第一移动已完成。

在开始第二移动之前，硅片转动90度，并可以通过任何适当的紧固件(例如，气动夹具)固定至系统100的框架104上。然后，致动器开始使第一部分110和第二部分120与连接至框架的相应部分的相应的组114中的包116中的锯片118一起移动。马达124、134使组114中的包116中的锯片118旋转并且锯片开始切割硅片。致动器继续移动框架部分110、120直到硅片已被切割成硅籽晶杆。然后这些籽晶杆被从系统110移除、存储供以后使用或安装在CVD反应器中。

在第一移动和第二移动期间，框架部分110、120(和因此组114中的包116中的锯片118)的运动速率可以改变。例如，框架部分110、120在第一移动期间的运动速率可以小于各部分在第二移动期间的运动速率。例如，第一移动期间的运动速率可以是约6mm/min，第二移动期间的运动速率可以是约10mm/min。可替代地，框架部分110、120在第一移动期间的运动速率可大于各部分在第二移动期间的运动速率。

此外，每个框架部分110、120的运动速率在相同的移动期间可以不同。也就是说，在第一移动期间，一个框架部分能以与另一框架部分不同的速率移动。一个框架部分也可在第二移动期间以与另一框架部分不同的速率移动。

在上述系统中使用两个马达124、134还允许通过每个组114中的包116中的锯片118切割不同长度的锭102。此外，由于在系统100中使用两个马达124、134，如果一个马达发生故障，由另一马达驱动的锯片包的组继续起作用。因此，已经有故障的马达能被维修和/或替换，同时另一可操作的马达与相关联的锯片用来继续将较大的硅锭切割成硅籽晶杆。这样，本文所描述的系统与现有系统相比具有更高水平的重复性。

在上述示例中，较大的硅锭102和由它产生的硅片在被组114中的包116中的锯片118切割期间基本上保持静止不动。在其它实施例中，组114中的包116中的锯片118在切割期间保持静止不动，而硅锭102和由它产生的硅片放置在可移动的进给台(未示出)上。在切割期间，硅锭102和由它产生的硅片通过进给台的横向运动进给至锯片118。致动器或其它合适的装置可用于移动进给台。

当介绍本发明或其实施例的元件时，冠词“一”、“一种”、“该”和“所述”意在表明存在一个或多个元件。术语“包含”，“包括”和“具有”旨在是包括性的并且指的是可以有除所列元件之外的附加元件。指示特定取向(例如，“顶部”、“底部”、“侧部”等)的术语的使用是为了方便描述，并不需要所述物品进行任何特定取向。

由于可以对上面的结构和方法作出各种变化而不脱离本发明的范围，这意味着，上面描述和附图示出的全部内容应被解释为说明性的，而不是限制性的。

Claims (15)

1.一种利用锯将硅锭切割成多个较小的硅锭的方法，该较小的硅锭用作化学气相淀积多晶硅反应器中的硅籽晶杆，所述锯包括与至少一个马达连接的多个锯片包，所述多个锯片包能沿着连接至锯的框架的轨道移动，所述方法包括：

利用所述多个锯片包中的一个锯片包将硅锭切割成多个硅片，其中所述锯片包在切割硅锭过程中以第一速率沿轨道移动；

使所述多个硅片旋转90度；以及

利用所述锯片包将所述多个硅片切割成多个尺寸较小的硅籽晶杆，该硅籽晶杆用于在化学气相沉积多晶硅反应器中使用，其中所述锯片包在切割多个硅片过程中以不同于所述第一速率的第二速率沿着轨道移动。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述框架具有第一部分和对向的第二部分，第一部分和第二部分在切割过程中彼此独立地移动。

3.根据权利要求2所述的方法，还包括改变所述第一部分和所述第二部分中的至少一个的移动速率。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述第二速率高于所述第一速率。

5.一种用于将硅锭切割成多个较小的硅锭的系统，所述系统包括：

框架，其具有第一部分和对向的第二部分，第一部分和第二部分能沿框架的纵向轴线彼此独立地移动；

由两个或更多个连接至所述框架的第一部分的锯片包组成的第一组锯片包；

由两个或更多个连接至所述框架的第二部分的锯片包组成的第二组锯片包；

第一马达，其连接至第一组锯片包以使第一组锯片包旋转；和

第二马达，其连接至第二组锯片包以使第二组锯片包旋转，其中，所述第一马达连接至所述框架的第一部分，所述第二马达连接至所述框架的第二部分。

6.根据权利要求5所述的系统，还包括连接至所述框架的第一部分的第一轨道，所述框架的第一部分能沿着第一轨道移动。

7.根据权利要求6所述的系统，还包括用于使所述框架的第一部分沿着第一轨道移动的第一致动器。

8.根据权利要求6或7所述的系统，还包括连接至所述框架的第二部分的第二轨道，所述框架的第二部分能沿着第二轨道移动。

9.根据权利要求8所述的系统，还包括用于使所述框架的第二部分沿着第二轨道移动的第二致动器。

10.一种用于将硅锭切割成多个较小的硅锭的系统，所述系统包括：

框架，其具有第一部分和对向的第二部分；

六个或更多个连接至框架的锯片包，由至少三个锯片包组成的第一组锯片包连接至框架的第一部分，由至少三个另外的锯片包组成的第二组锯片包连接至框架的第二部分；

连接至第一组锯片包的第一马达，所述第一马达配置成使第一组锯片包旋转；以及

连接至第二组锯片包的第二马达，所述第二马达配置成使第二组锯片包旋转。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述框架的第一部分和所述框架的第二部分可彼此独立地关于纵向轴线移动。

12.根据权利要求10所述的系统，还包括用于使硅锭相对于所述框架移动的可移动的进给台。

13.根据权利要求10-12中任一项所述的系统，其中，所述第一马达连接至所述框架的第一部分，所述第二马达连接至所述框架的第二部分。

14.根据权利要求10-12中任一项所述的系统，还包括连接至所述框架的第一部分的第一轨道和连接至所述框架的第二部分的第二轨道。

15.根据权利要求14所述的系统，还包括用于使所述框架的第一部分沿着所述第一轨道移动的第一致动器和用于使所述框架的第二部分沿着所述第二轨道移动的第二致动器。