CN110453281A

CN110453281A - 多晶炉装置

Info

Publication number: CN110453281A
Application number: CN201811030339.0A
Authority: CN
Inventors: 杨佳颖; 王若凡; 江启宏; 蔡亚陆
Original assignee: AUO Crystal Corp
Current assignee: AUO Crystal Corp
Priority date: 2018-05-08
Filing date: 2018-09-05
Publication date: 2019-11-15
Also published as: TWI664329B; TW201947069A

Abstract

本发明公开一种多晶炉装置，其包括炉体、隔热组件、熔融组件、热交换器、开合机构及多孔板。炉体具有冷却系统及多个加热器。隔热组件配置于炉体内且隔热组件具有开口。熔融组件配置于隔热组件内且熔融组件的底部对应开口。热交换器配置于底部。开合机构配置于隔热组件外且包括至少一挡板，至少一挡板适于开启或关闭，以暴露或隔绝开口。多孔板配置于热交换器与开合机构之间。

Description

多晶炉装置

技术领域

本发明涉及一种多晶炉，且特别是涉及一种用于长晶的多晶炉装置。

背景技术

在半导体元件的生产领域中，多晶炉是用于生产多晶硅碇的设备。现有的多晶炉包括炉体与配置在炉体内的坩埚，坩埚用以加热高纯度多晶硅至熔融状态。随后再进行冷却步骤，冷却坩埚以使熔融状态的多晶硅逐渐凝固形成结晶，最终得到所需的晶碇。

为了减少坩埚加热时的电力消耗，现有的多晶炉会在坩埚及热交换器外部会间隔设置隔热组件，使热能(thermal energy)可保持在隔热组件内以维持坩埚的加热温度。当进行冷却步骤时，向上开启隔热组件使坩埚底部周围缝隙暴露冷却系统，并通过热交换器将坩埚所热辐射的热量(heat)传递至冷却系统的流体。据此，熔融状态的多晶硅逐渐冷却并从接近坩埚底部的部位开始长晶。

然而，现有多晶炉具有以下缺点：1.坩埚底部的热交换器于散热过程中，其散热方向并非垂直分布在坩埚底部，使得多晶硅于结晶过程中的固液界面无法保持水平，而影响晶碇品质。2.当开启散热组件时，坩埚底部与坩埚周围的热能也随之散失，此导致多晶炉的能源损耗提高。

综上所述可知，如何改善晶碇的长晶品质以及减少能耗，即成为本发明在此亟欲解决的重要课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多晶炉装置，其可提升晶碇的长晶品质且能减少能源损耗。

为达上述目的，本发明的一种多晶炉装置，包括炉体、隔热组件、熔融组件、热交换器、开合机构及一孔板。炉体具有冷却系统及多个加热器。隔热组件配置于炉体内且隔热组件具有开口。熔融组件配置于隔热组件内且熔融组件的底部对应开口。热交换器配置于熔融组件的底部。开合机构配置于隔热组件外且包括至少一挡板，至少一挡板适于开启或关闭，以暴露或隔绝开口。多孔板配置于热交换器与开合机构之间。其中，当至少一挡板开启并暴露开口时，熔融组件所热辐射的热量自热交换器传递通过多孔板，并到达冷却系统。

在本发明的一实施例中，上述的隔热组件至少包括上隔热板、侧隔热板及下隔热板，上隔热板位于熔融组件的顶部，且侧隔热板、上隔热板与下隔热板环绕在熔融组件的外侧，下隔热板位于热交换器下方，多孔板设置于下隔热板与热交换器之间。

在本发明的一实施例中，上述的下隔热板包括多个第一穿孔及多个第二穿孔，热交换器包括多个支撑脚，多个支撑脚抵靠于下隔热板且分别对应多个第一穿孔，多个第二穿孔分别配置于多个第一穿孔之间。

在本发明的一实施例中，上述的隔热组件包括多个辅助隔热材，多个辅助隔热材抵靠于下隔热板与熔融组件的底部之间，并贴附于热交换器的外壁面。

在本发明的一实施例中，上述的挡板包括两个第一挡板及两个第二挡板，两个第二挡板位于两个第一挡板与多孔板之间，两个第一挡板沿着第一方向相对远离或相对靠近，两个第二挡板沿着垂直于第一方向的第二方向相对远离或相对靠近。

在本发明的一实施例中，上述的多孔板包括多个第一散热孔及多个第二散热孔，多个第一散热孔设置在多孔板的中央区域，多个第二散热孔设置在多个第一散热孔的外围，且各第二散热孔的第二孔径大于各第一散热孔的第一孔径。

在本发明的一实施例中，上述的冷却系统包括流入管线、流出管线及散热区，散热区分别连通流入管线及流出管线，且散热区位于开合机构下方，冷却水经由流入管线进入散热区以吸收热量，再由流出管线离开散热区。

在本发明的一实施例中，上述的冷却系统包括一换热件，换热件配置于散热区上且对齐多孔板。

在本发明的一实施例中，上述的熔融组件包括承载件坩锅以及进气管。承载件包括多个侧板、底板及上盖板。坩锅位于承载件内。进气管连通上盖板。热交换器配置于承载件的底板与多孔板之间。

基于上述，本发明的多晶炉装置用于晶碇的制作，通过挡板的开启或关闭，以暴露或隔绝多孔板。当暴露多孔板时，熔融组件所热辐射的热量自热交换器传递通过多孔板到达冷却系统，以开始冷却降温并进行长晶。通过多孔板对于热辐射传递方向的限制，以改善长晶过程散热不均匀的现象，在长晶过程中可使固液界面保持水平，进而提升晶碇的品质。

此外，本发明的多晶炉装置仅通过多孔板进行熔融组件的底部所热辐射热量的传递，因此熔融组件的其余热能仍可保持于隔热组件内，使得加热器的加热功率无需大幅提升以维持熔融组件的温度，同时也可有效降低冷却系统于散热时的能源损耗。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附图作详细说明如下。

附图说明

图1是本发明一实施例的一种多晶炉装置的烘烤状态示意图；

图2A是图1的多晶炉装置的长晶状态示意图；

图2B是图2A的多晶炉装置的多孔板与开合组件的连接示意图；

图2C是图2A的多晶炉装置的开合组件的开启状态示意图；

图3A是现有技术的一种多晶炉装置的散热示意图；

图3B是本发明另一实施例的一种多晶炉装置的散热示意图；

图3C是本发明图1的多晶炉装置的散热示意图；

图3D至图3F分别绘示图3A至图3C的长晶方向示意图；

图4A是比较图3A及图3C的多晶炉装置的带热量百分比图表；

图4B是比较图3A及图3C的多晶炉装置的水温温差图表；

图4C是比较图3A至图3C的多晶炉装置的功率输出百分比图表。

符号说明

100、100B、100C：多晶炉装置

110：炉体

111：冷却系统

1111、1115：流入管线

1112、1116：流出管线

1113：散热区

1114：换热件

112：加热器

120、120b、120c：隔热组件

121：多孔板

122：上隔热板

123：侧隔热板

124：下隔热板

125：辅助隔热材

126：开口

130、130b、130c：熔融组件

131：承载件

1301：底部

132：坩锅

133：进气管

134：侧板

135：底板

136：上盖板

140、140b：热交换器

141：支撑脚

150、150b、150c：开合机构

151：挡板

151a：第一挡板

151b：第二挡板

152a、152b：驱动件

153：支撑件

A：第一隔热区域

B：第二隔热区域

D1：第一方向

D2：第二方向

F：固液界面

J：热量

O1：第一散热孔

O2：第二散热孔

O3：第三散热孔

T1：第一穿孔

T2：第二穿孔

V：垂直方向

W：冷却水

S：多晶硅

M:熔融硅

具体实施方式

图1是依照本发明一实施例的一种多晶炉装置的烘烤状态示意图。图2A是图1的多晶炉装置的长晶状态示意图。图2B绘示图2A的多晶炉装置的多孔板与开合组件的连接示意图。图2C绘示图2A的多晶炉装置的开合组件的开启状态示意图。

参考图1及图2A，多晶炉装置100包括炉体110、隔热组件120、熔融组件130、热交换器140、开合机构150及多孔板121。多晶炉装置100用以加热硅料至熔融态，再通过定向长晶法以形成晶碇。定向长晶法简述如下，利用多晶炉装置100的底部进行散热冷却，使熔融硅M自底部朝上逐渐降温凝固，并形成多晶硅S结晶。

在本实施例中，炉体110例如是金属材质或是其它具备耐高温的材质所制成且包括冷却系统111及至少一个加热器112。冷却系统111设置在炉体110内部并用以吸收热量J。至少一个加热器112例如是三个且设置在炉体110内，并电性耦接外部电源，用以将电能转换为热能。举例而言，加热器112例如是透红外线传递热量的辐射加热器、通过空气传导热量的对流加热器或是其它类型的电热器，本发明并未加以限制。

隔热组件120配置于炉体110内且具有开口126，举例而言，隔热组件120例如是热绝缘材质所构成。熔融组件130配置于隔热组件120内且熔融组件130的底部1301对应开口126。在本实施例中，多孔板121配置于热交换器140与开合机构150之间且平行间隔于熔融组件130，使得熔融组件130与多孔板121具有垂直距离。在本实施例中，熔融组件130包括承载件131、坩锅132及进气管133，其中承载件131由至少一个侧板134、底板135、上盖板136所组成。坩锅132位于承载件131内，且进气管133连通上盖板136。加热器112将所产生的热量J传递至承载件131，再通过承载件131的热传导以加热坩锅132内的多晶硅S形成熔融态。进气管133例如是通入加热或长晶时所需的气体。

热交换器140配置于承载件131的底板135及多孔板121之间，其中热交换器140作为熔融组件130的承载件131与冷却系统111之间的散热媒介，用以将熔融组件130所热辐射的热量J向外传递。在本实施例中，热交换器140例如是石墨材质或是其它耐高温且具有高热传导率的材质。

开合机构150配置于隔热组件120外且包括挡板151及驱动件152。驱动件152例如是多个马达，以带动挡板151开启或关闭，进而暴露或隔绝多孔板121。进一步而言，隔热组件120与熔融组件130之间形成第一隔热区域A，并且隔热组件120、熔融组件130与开合机构150的挡板151之间形成第二隔热区域B，使得位于隔热区域A、B内的热传导减少或是热辐射被反射，以此将各个加热器112所产生的热量J保持在隔热区域A、B内以维持熔融组件130的坩锅132的高温状态。

简言之，加热器112用以加热熔融组件，当挡板151关闭时，熔融组件130将来自于加热器112的热量J限制于隔热组件120及开合机构150内而维持在所需的操作温度，使得多晶硅S保持为熔融态。当挡板151开启以暴露多孔板121时，承载件131的底板135所辐射出的热量通过热交换器140沿垂直方向V传递并辐射通过多孔板121并到达冷却系统111，并由冷却系统111持续带走热量。如此，则承载件131温度逐渐下降并使得坩锅132内的多晶硅S从底部开始降温并沿着垂直方向V向上进行定向长晶流程。

在本实施例中，冷却系统111配置在开合机构150下方且包括流入管线1111、流出管线1112、散热区1113以及换热件1114，其中换热件1114可以选择性设置或是予以省略。散热区1113分别连通流入管线1111及流出管线1112，换热件1114配置于散热区1113上且对齐多孔板121。详细而言，冷却水W经由流入管线1111进入散热区1113，当挡板151暴露多孔板121时，承载件131以及第二隔热区域B所含有的热能有一部分以热量的形式自热交换器140沿垂直方向V热辐射传递通过多孔板121并到达换热件1114，再通过换热件1114的热传导使散热区1113内流动的冷却水W吸收部分的热量，其中换热件1114并非是必要的元件，可以选择性地予以省略。换热件1114可以是导热效果良好的材质所制程，例如铜、石墨、碳复合材料…等，但不予限定。由于外部的抽水马达将冷却水W自流出管线1112抽离，因此会将冷却水W吸收的热量带离散热区1113。同时低温的冷却水W再由流入管线1111补充至散热区1113内。持续上述的抽水补水流程直至多晶炉装置100的长晶流程结束。冷却系统111还包括另一流入管线1115及另一流出管线1116，配置在炉体110的一侧(也可以是环绕炉体110一圈)且位于流出管线1112上方。其中冷却水W用以吸收往炉体110一侧传递的热量且流入管线1115与流入管线1111为互不连通，此处的散热过程相近于流入管线1111及流出管线1112的描述，以下不再赘述。

在本实施例中，隔热组件120至少包括上隔热板122、侧隔热板123及下隔热板124。例如隔热组件120的侧边可以由四个侧隔热板123所组合形成，隔热组件120的底部也由对应的四个下隔热板124所组合形成。上隔热板122位于熔融组件130的顶部。侧隔热板123、上隔热板122与下隔热板124环绕在熔融组件130的外侧。下隔热板124位于热交换器140下方。多孔板121设置位于下隔热板124与热交换器140之间，且多孔板121例如是与热交换器140相接触或是间隔有一距离。

此外，隔热组件120包覆熔融组件130的一部分并形成第一隔热区域A。由于上隔热板122、侧隔热板123及下隔热板124之间例如是密闭结合或是仅具有微小的孔隙。当开合机构150开启时，承载件131所热辐射的热量朝向四周传递时将受到隔热组件120的阻挡，故热量只能朝多孔板121的方向进行散热。详细而言，熔融组件130所热辐射的一部分热量可通过多孔板121，另一部分热量则受到多孔板121的阻挡，由此减缓多晶硅S的冷却速度并使热交换器140与下隔热板124能够均匀地散热，进而使得多晶硅S于长晶过程中熔融硅M与多晶硅S之间的固液界面F可持续维持平坦。

在本实施例中，多孔板121包括多个第一散热孔O1及多个第二散热孔O2。多个第一散热孔O1贯穿设置在多孔板121的中央区域。多个第二散热孔O2设置在多个第一散热孔O1的外围，且各第二散热孔O2的第二孔径大于各第一散热孔O1的第一孔径，这样可以使由隔热区域B内所热辐射出来的热量通过多孔板121比较均匀地进行散热，避免多孔板121中央区域的散热速度过度高于比多孔板121的周边的散热速度。若是多孔板121中央区域的散热速度过度高于多孔板121的周边的散热速度，将造成多晶硅S于长晶过程中熔融硅M与固态多晶硅S之间的固液界面F无法维持平坦。在设计配置上，第一散热孔的的孔径小于第二散热孔的孔径，且第一散热孔的分布密度可以大于第二散热孔的分布密度，也就是在单位面积上的第一散热孔的数目可以大于相同单位面积上的第二散热孔的数目，这样可以使散热效果比较均匀。另一实施例(未绘示)也可以是多孔板121的散热孔第一散热孔的的孔径等于第二散热孔的孔径，且第一散热孔的分布密度可以小于第二散热孔的分布密度。另一实施例(未绘示)也可以是多孔板121的散热孔尺寸大小由多孔板121的周边往中央区域逐渐变小，可以具有同样的功能与效果。在又一实施例(未绘示)中，散热孔可以是任意的形状，例如可以是采用狭缝(slit)的设计作为散热孔的一种态样，且中央区域的狭缝小于周边处的狭缝，例如狭缝大小可以由多孔板121的周边往中央区域逐渐变小。简言之，可通过多孔板121的孔径大小以调整多晶硅S的冷却速度，以符合长晶流程的实际需求。在其它实施例中，各第二散热孔的第二孔径也可以是等于各第一散热孔的第一孔径。多孔板121的材质较佳可以采用低导热或是隔热的材料，但次佳也可以采用使热均匀扩散或分布的材料。低导热或是隔热的材料可以强迫热大部分从交换器140过来的辐射热量由多个第一散热孔O1及多个第二散热孔O2进行散热，由于这些散热孔的排列或是大小是经过设计配置的，所以可以让热能够更均匀地散热，避免散热集中在中央区导致散热不均的现象。

在本实施例中，请参考图2A至图2C。开合机构150包括多个支撑件153。多个支撑件153例如是四个且固定在炉体110内，各个支撑件153朝向隔热组件120延伸并抵顶在热交换器140的四角落处。挡板151(baffle)包括两个第一挡板151a及两个第二挡板151b，且分别可移动地设置在四个支撑件153之间，其中两个第一挡板151a位于两个第二挡板151b与多孔板121之间。两个第一挡板151a通过驱动件152a的带动，而沿着第一方向D1同步地相对远离或相对靠近，且两个第二挡板151b通过驱动件152b的带动，而沿着垂直于第一方向D1的第二方向D2同步地相对远离或相对靠近。第一挡板151a与第二挡板151b都是由具有隔热功能的材质所形成。

详细地说，两个第一挡板151a及两个第二挡板151b的移动方向为相互垂直，当炉体110当进行加热流程时，两个第一挡板151a及两个第二挡板151b分别相对靠近以遮蔽开口126，并隔绝多孔板121与炉体110的冷却系统111，使得熔融组件130的底部1301(承载件131的底板135)所热辐射的热量在通过多孔板121后遭到两个第一挡板151a与两个第二挡板151b的阻挡，避免热交换器140与第二隔热区域B内的热量散失。当炉体110进行冷却流程时，两个第一挡板151a及两个第二挡板151b分别沿第一方向D1及第二方向D2相对远离以曝露开口126，并使多孔板121对应冷却系统111，使得熔融组件130的底部1301(承载件131的底板135)所热辐射出来的热量J可经由通过多孔板121到达冷却系统111，并通过冷却水W的循环逐步带走热量。

在本实施例中，将多孔板121设置于热交换器140与挡板151a、151b之间，而不设置于热交换器140与底板135之间，这样做的好处是散热均匀化的效果比较好。而且，若是多孔板121设置于热交换器140与底板135之间，会使得在散热冷却过程时，多孔板121上的散热孔所对应到的多晶硅S的结晶大小或形态会相异于没有散热孔所对应到的多晶硅S的结晶大小或形态。另外，若是直接将散热孔设置于热交换器140上以省略掉多孔板121，同样会有上述的问题产生，因此，本实施例多孔板121的设置位置乃是最佳的实施方式。也就是说，承载件131的底板135所散发的热量可以先被热交换器140予以均匀地散热后再经过多孔板121，如此一来，坩埚132内的多晶硅S的结晶可以比较均匀。

此外，挡板151a与151b在靠近开口126处的区域上也可以选择性设置有多个第三散热孔O3。若采用此设计，当挡板151a与151b开启时，挡板151a、151b上的第三散热孔O3会跟多孔板121周边的部分第二散热孔重叠(图未绘示)，以防止挡板151a、151b遮挡到多孔板121周边的散热而影响散热效果。当挡板151a与151b关闭时，挡板151a上的第三散热孔与挡板151b上的第三散热孔相互之间是错位没有重叠的(图未绘示)，以避免第二隔热区域B的热量从此些散热孔泄逸。

图3A是现有技术的一种多晶炉装置的散热示意图。图3B是本发明另一实施例的一种多晶炉装置的散热示意图。图3C是本发明图1的多晶炉装置的散热示意图。图3D至图3F分别绘示图3A至图3C的长晶方向示意图。

请配合参考图2A、图3A及图3D，其中图3A的现有技术的多晶炉装置100C与本实施例的多晶炉装置100的差别在于，多晶炉装置100C不具有多孔板且其开合机构150c与隔热组件120c为上下移动，当隔热组件120c朝上移动以暴露隔热组件120c与开合机构150c之间的开口时，封闭在熔融组件130c周围的全部热量J通过隔热组件120c的开口而向外传递。由于多晶炉装置100C的热量传递路径受到150c的阻挡而非垂直向下，使得多晶硅S的长晶方向朝向左右两侧偏移(见图3D的箭号)，此造成多晶硅S的固液界面的不平整。

请配合参考图2A、图3B及图3E，其中图3B的另一实施例的多晶炉装置100B与本实施例的多晶炉装置100的差别在于，多晶炉装置100B不具有多孔板。当开合机构150b朝左右移动以暴露热交换器140b的开口时，由在熔融组件130b底部1301所热辐射的部分热量通过热交换器140b的开口向外垂直传递。然而，熔融组件130b底部1301中央区域的散热速度过度高于熔融组件130b的周边的散热速度，使得多晶硅S中央区域的长晶速度过快，而产生凸部(见图3E中央区域)，此同样造成多晶硅S的固液界面的不平整。图3A的现有技术的多晶炉装置100C与本实施例的多晶炉装置100B的差别在于，多晶炉装置100B藉由设置辅助隔热材125，使得炉内的保温效果更佳，也更为省电。

请配合参考图2A、图3C及图3F，本实施例的多晶炉装置100在隔热组件120与熔融组件130之间配置有多孔板121，使熔融组件130底部1301所热辐射的热量J可通过多孔板121而均匀地散热，避免熔融组件130中央区域的散热速度过度高于比熔融组件130的周边的散热速度。使得多晶硅S的固液界面多晶炉装置100C及多晶炉装置100B更为平坦，且长晶方向更为垂直。

在本实施例中，下隔热板124包括多个第一穿孔T1及多个第二穿孔T2。其中多个第一穿孔T1例如是四个，多个第二穿孔T2分别配置于任两相邻的第一穿孔T1之间且连成直线，即四个第一穿孔T1与多个第二穿孔T2构成矩形外观。热交换器140例如是矩形。四个支撑脚141固定位于热交换器140的四角落处，四支撑脚141抵靠于下隔热板124的顶面P1且分别对应四个第一穿孔T1。由于各个支撑脚141仅少量接触下隔热板124的顶面P1，且各个第一穿孔T1及各个第二穿孔T2可有效避免热量从热交换器140传递集中在下隔热板124上。

在本实施例中，隔热组件120还包括多个辅助隔热材125，例如是采用含石墨材质且可挠曲的软性隔热材质，邻近开口126且位于隔热组件120的下隔热板124与熔融组件130的底部1301之间。软性辅助隔热材由于是可以挠曲弯折，所以可以将下隔热板124与熔融组件130的底部1301之间的缝隙更充分地塞满，使隔热效果更好。多个辅助隔热材125例如是四个，且分别抵靠于下隔热板124与熔融组件130的底部1301的底板135之间，并可以贴附于热交换器140的外壁面P2。详细而言，辅助隔热材125用以将熔融组件130外围的热量隔绝于上隔热板122、侧隔热板123及下隔热板124所构成的空间内，也就是第一隔热区域A，以此避免热量传递至热交换器140与下隔热板124之间的缝隙，可进一步减少热量的损耗。

以下为图3A至图3C所示的多晶炉装置100、100B、100C于长晶过程的实验图表。图4A是比较图3A及图3C的多晶炉装置的带热量百分比图表。图4B是比较图3A及图3C的多晶炉装置的水温温差图表。图4C是比较图3A至图3C的多晶炉装置的功率输出百分比图表。

请参考图3A、图3C、图4A及图4B。图3A所示的多晶炉装置100C于长晶时，熔融组件130c周围的全部热量J将通过隔热组件120c的开口而向外传递，此大幅提高热量的散失量，依据图4A所示，一般传统的熔融组件130c在长晶过程中的带热量百分比约为60～90(％)。以下简介带热量H的定义，带热量H即为冷却水所吸收带走的热量，计算公式为H＝c×m×(T末-T初)×100％，其中H为带热量(cal/min)，c为水比热(cal/g℃)，m为水流量(g/min)，(T末-T初)为吸收炉内温度的出水温度(℃)减去进水初温(℃)。带热量百分比(％)定义为H/H_max×100％，其中H_max是多晶炉装置的最大容许带热量，计算公式为H_max＝c×m×(T_max-T初)×100％，T_max为多晶炉装置的最高容许出水温度。

举例来说，(T末-T初)为冷却水吸收多晶炉装置产生的热量后的出水温度减去冷却水进入多晶炉装置前的进水初温。冷却水的前后温差与其带热量有关，当冷却水的前后温差小，代表冷却水的带热量较低而使其升温幅度较小，即多晶炉装置损失的热量较少。当冷却水的前后温差大，代表冷却水的带热量较高而使其升温幅度较大，即多晶炉装置损失的热量较多。

图2A、图3C所示的多晶炉装置100的热交换器140通过多个支撑脚141而固定于下隔热板124上，且在热交换器140四周装置多个辅助隔热材125，以保存位于熔融组件130c四周的热量。依据图4A所示，本发明的多晶炉装置100的熔融组件130在长晶过程中的带热量百分比可以降到约为30～40(％)，而由此可知，相比于比传统的隔热组件120c，本发明的多晶炉装置100的隔热组件120发挥了更加良好的保温效果，使散失的热量进一步减少。参考图2A、图3A、图3B及图4B，由于多晶炉装置100C(conventional DS process)于长晶时的热量损失大于多晶炉装置100(case B)于长晶时的热量损失，因此，冷却水W吸收多晶炉装置100热量后的温度上升幅度低于冷却水吸收多晶炉装置100C热量后的温度上升幅度。

详细而言，多晶炉装置100C与本发明的多晶炉装置100(case B)均设置有相同的冷却系统111，当冷却水W分别由多晶炉装置100(case B)(或是多晶炉装置100C)底部的流入管线1111与侧边的另一流入管线1115进入炉体110时，冷却水W在流动过程中分别吸收传递至从炉体110底部与侧边的热量，最终冷却水W分别从流出管线1112与另一流出管线1116排出带走热量。参考图4B，自多晶炉装置100(case B)底部的流出管线1112排出冷却水W末温与从流入管线1111进入的冷却水W初温的温差在长晶阶段(Growth)低于2度，而自多晶炉装置100(case B)侧边的另一流出管线1116排出冷却水W末温与从另一流入管线1115进入的冷却水W初温的温差在长晶阶段(Growth)约在5～6度之间。相同地，多晶炉装置100C(conventional DS process)的底部的流出管线1112排出冷却水W末温与从流入管线1111进入的冷却水W初温的水温温差在长晶阶段为2～3度之间、侧边的另一流出管线1116排出冷却水W末温与从另一流入管线1115进入的冷却水W初温的水温温差在长晶阶段为7～10度之间。因此，多晶炉装置100(case B)的出水口1112所测量到的水温温差相比于多晶炉装置100C的出水口1112所测量到的水温温差，可以再降低约2度。同样地，多晶炉装置100(caseB)的出水口1116所测量到的水温温差相比于多晶炉装置100C的出水口1116所测量到的水温温差，可以再降低约1～5度。此说明通过多晶炉装置100的冷却水W的带热量更低，即冷却水W的升温幅度较低，可节省对于升温后冷却水W的散热用电。

请配合参考图2A、图3A及图4C，本实施例的多晶炉装置100通过下隔热板124、多孔板121及辅助隔热材125的使用，在长晶过程中可大幅减少热量的散失，进而减少加热器的加热输出功率而达到降低用电量的功效。其中，conventional DS process是多晶炉装置100C，为现有的技术；Case A是多晶炉装置100B，具有辅助隔热材125但没有多孔板121；Case B是本实施例的多晶炉装置100，同时具有辅助隔热材125以及多孔板121。

依据图4C所示，多晶炉装置100(Case B)在长晶(Growth)阶段时的加热功率输出百分比约在16～18.5(％)之间，其中功率输出百分比＝加热器的实际输出功率/加热器的最大输出功率。图3B的多晶炉装置100B(Case A)未配置多孔板121，故于长晶(Growth)阶段时的热量散失会大于多晶炉100，其加热功率输出百分比约在21～27(％)之间。图3A的多晶炉装置100C(conventional DS process)于长晶过程中，需使开合机构150c相对远离隔热组件120c，而造成隔热组件120c内部与外界完全连通，而具有较多的热量散失，故其保温性较差。因此，多晶炉装置100C必须提高其加热器的加热功率输出百分比，以维持多晶炉装置100C的熔融组件130c于长晶过程的高温。依据图4C所示，多晶炉装置100C在长晶(Growth)阶段时的加热功率输出百分比约维持在34～40(％)之间。经比较，本实施例的多晶炉装置100(Case B)的长晶用电量仅为图3A的多晶炉装置100C的长晶用电量的一半。

综上所述，本发明的多晶炉装置用于晶碇的制作，通过多个驱动件分别带动多个绝缘板产生同步相对远离或相对靠近，以暴露或隔绝多孔板。当多个绝缘板暴露多孔板时，熔融组件的热量自热交换器传递通过多孔板到达冷却系统，以开始冷却降温并进行长晶。通过多孔板对于热辐射传递方向的限制，以改善熔融组件散热不均匀的现象，在长晶过程中可使固液界面保持水平，进而提升晶碇的品质。

此外，本发明的多晶炉装置仅通过多孔板进行熔融组件的底部热量的传递，因此熔融组件的其余热量仍可保持于隔热组件内，使得加热器的加热功率无需大幅提升以维持熔融组件的温度，同时也可有效降低冷却系统于散热时的能源损耗。

虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。

Claims

1.一种多晶炉装置，其特征在于，包括：

炉体，具有冷却系统及至少一个加热器；

隔热组件，配置于该炉体内且该隔热组件具有开口；

熔融组件，配置于该隔热组件内，该熔融组件的底部对应该开口；

热交换器，配置于该熔融组件的该底部；

开合机构，配置于该隔热组件外且包括至少一挡板，该至少一挡板适于开启或关闭，以暴露或隔绝该开口；以及

多孔板，配置于该热交换器与开合机构之间，

其中，当该挡板开启并暴露该隔热组件的该开口时，该熔融组件所辐射的热量自该热交换器传递通过该多孔板，并到达该冷却系统。

2.如权利要求1所述的多晶炉装置，其中该隔热组件至少包括上隔热板、侧隔热板及下隔热板，该上隔热板位于该熔融组件的顶部，且该侧隔热板、该上隔热板与该下隔热板环绕在该熔融组件的外侧，该下隔热板位于该热交换器下方，该多孔板设置于该下隔热板与该热交换器之间。

3.如权利要求2所述的多晶炉装置，其中该下隔热板包括多个第一穿孔及多个第二穿孔，该热交换器包括多个支撑脚，该些支撑脚抵靠于该下隔热板且分别对应该些第一穿孔，该些第二穿孔分别配置于该些第一穿孔之间。

4.如权利要求2所述的多晶炉装置，其中该隔热组件包括多个辅助隔热材，该些辅助隔热材抵靠于该下隔热板与该熔融组件的该底部之间。

5.如权利要求1所述的多晶炉装置，其中该至少一挡板包括两个第一挡板及两个第二挡板，该些第二挡板位于该些第一挡板与该多孔板之间，该两个第一挡板沿着第一方向同步地相对远离或相对靠近，该两个第二挡板沿着垂直于该第一方向的第二方向同步地相对远离或相对靠近。

6.如权利要求1所述的多晶炉装置，其中该多孔板包括多个第一散热孔及多个第二散热孔，该些第一散热孔设置在该多孔板的中央区域，该些第二散热孔设置在该些第一散热孔的外围，且各该第二散热孔的第二孔径大于各该第一散热孔的第一孔径。

7.如权利要求1所述的多晶炉装置，其中该冷却系统包括流入管线、流出管线及散热区，该散热区分别连通该流入管线及该流出管线，且该散热区位于该开合机构下方，冷却水经由该流入管线进入该散热区以吸收热量，再由该流出管线离开该散热区。

8.如权利要求8所述的多晶炉装置，其中该冷却系统包括换热件，该换热件配置于该散热区上且对齐该多孔板。

9.如权利要求1所述的多晶炉装置，其中该熔融组件包括：

承载件，包括至少一侧板、底板及上盖板；

坩锅，位于该承载件内；以及

进气管，连通该上盖板，

其中，该热交换器配置于该承载件的该底板与该多孔板之间。

10.一种多晶炉装置，其特征在于，包括：

炉体，具有冷却系统及至少一个加热器；

隔热组件，配置于该炉体内且该隔热组件具有开口；

热交换器，配置于该熔融组件的该底部；

辅助隔热材，邻近该开口且位于该隔热组件与该熔融组件之间，

其中，当该挡板开启并暴露该隔热组件的该开口时，该熔融组件所辐射的热量自该热交换器传递到达该冷却系统。

11.如权利要求10所述的多晶炉装置，其中该辅助隔热材是软性隔热材质。

12.如权利要求10所述的多晶炉装置，包括：

多孔板，配置于该热交换器与该开合机构之间。

13.如权利要求12所述的多晶炉装置，其中该多孔板包括多个第一散热孔及多个第二散热孔，该些第一散热孔设置在该多孔板的中央区域，该些第二散热孔设置在该些第一散热孔的外围，且各该第二散热孔的第二孔径大于各该第一散热孔的第一孔径。

14.如权利要求13所述的多晶炉装置，其中该些第一散热孔的分布密度大于该些第二散热孔的分布密度。

15.如权利要求12所述的多晶炉装置，其中该多孔板包括多个散热孔，且该散热孔的尺寸大小由该多孔板的周边往中央区域逐渐变小。

16.如权利要求10所述的多晶炉装置，其中该隔热组件包括：

上隔热板，位于该熔融组件的上方；

下隔热板，位于该热交换器下方；以及

侧隔热板，位于该上隔热板与下隔热板之间，

其中，该上隔热板、该侧隔热板、与该下隔热板环绕在该熔融组件的外侧，且该辅助隔热材位于该下隔热板与该熔融组件的该底部之间。

17.如权利要求10所述的多晶炉装置，其中该至少一挡板包括两个第一挡板及两个第二挡板，该些第二挡板位于该些第一挡板与该热交换器之间，该两个第一挡板沿着第一方向同时相对远离或相对靠近，该两个第二挡板沿着垂直于该第一方向的第二方向同时相对远离或相对靠近。

18.如权利要求17所述的多晶炉装置，包括：

多孔板，配置于该热交换器与开合机构之间，该多孔板具有多个第一散热孔及多个第二散热孔，且各该第二散热孔的第二孔径大于各该第一散热孔的第一孔径；以及

多个第三散热孔，设置于该些第一挡板与该些第二挡板上且靠近该开口处的区域，

其中，当该些第一挡板与该些第二挡板彼此远离以暴露该开口时，该些第一挡板与该些第二挡板上的该些第三散热孔会跟该多孔板的部分该些第二散热孔相互重叠，当该些第一挡板与该些第二挡板彼此靠近以关闭该开口时，该些第三散热孔相互之间是没有重叠。