CN110528065A - 一种安全性能高的单晶硅生长炉 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种安全性能高的单晶硅生长炉。包括生长炉整体，所述生长炉整体包括提拉旋转系统、上炉盖和下炉体，所述提拉旋转系统位于所述上炉盖的上端，所述上炉盖内设置有提拉绳，所述提拉绳的上端与提拉旋转系统的下端相连接，所述提拉绳的下端连接有单晶棒，所述下炉体包括石墨加热器和石英坩埚，所述单晶棒位于所述石英坩埚内，所述石英坩埚的外表面设置有石墨加热器，所述石墨加热器上设置有保温罩，所述下炉体的下端设置有进气口。本发明通过设置的转台和机械手，可以在单晶棒出炉时，自动的安置单晶棒，减少因单晶棒的高温造成的危险；通过设置的提拉结构，能够节省动力，提高工作效率，减少电机的消耗。

Description

一种安全性能高的单晶硅生长炉
技术领域
本发明涉及半导体设备领域，尤其涉及一种安全性能高的单晶硅生长炉。
背景技术
单晶硅生长炉是通过直拉法生产单晶硅的制造设备。主要由主机、加热电源和计算机控制系统三大部分组成，直拉法原理是首先，把高纯度的多晶硅原料放入高纯石英坩埚，通过石墨加热器产生的高温将其熔化；然后，对熔化的硅液稍做降温，使之产生一定的过冷度，再用一根固定在籽晶轴上的硅单晶体（称作籽晶）插入熔体表面，待籽晶与熔体熔和后，慢慢向上拉籽晶，晶体便会在籽晶下端生长；接着，控制籽晶生长出一段长为100mm左右、直径为3～5mm的细颈，用于消除高温溶液对籽晶的强烈热冲击而产生的原子排列的位错，这个过程就是引晶；随后，放大晶体直径到工艺要求的大小，一般为75～300mm，这个过程称为放肩；接着，突然提高拉速进行转肩操作，使肩部近似直角；然后，进入等径工艺，通过控制热场温度和晶体提升速度，生长出一定直径规格大小的单晶柱体；最后，待大部分硅溶液都已经完成结晶时，再将晶体逐渐缩小而形成一个尾形锥体，称为收尾工艺。这样一个单晶拉制过程就基本完成，进行一定的保温冷却后就可以取出。直拉法，也叫切克劳斯基方法。此法早在1917年由切克劳斯基建立的一种晶体生长方法，用直拉法生长单晶的设备和工艺比较简单，容易实现自动控制，生产效率高，易于制备大直径单晶，容易控制单晶中杂质浓度，可以制备低电阻率单晶。据统计，世界上硅单晶的产量中70%～80%是用直拉法生产的。
经检索，专利申请号201310361500.3，名称为带水冷热屏的单晶生长炉，炉体内设有水冷热屏，水冷热屏包括连接固定的呈倒锥形的水冷热屏内筒和水冷热屏外筒，且在水冷热屏内筒和水冷热异外筒之间设有水道,水冷热屏内筒和水冷热屏外筒的上端还连接固定有连接体，水道的进口、出口分别通过连接体与进水管路、出水管路相连接。本发明能够更好地创造一个对结晶有利的温度空间，从而加快晶棒的结晶速度，缩短晶棒的生长时间,提高拉晶效率，但该技术方案，虽然加快了晶棒的结晶速度，缩短晶棒的生长时间,但在最后收尾时，取出单晶棒时，依然存在较大的安全隐患，为此，本发明提出一种安全性能高的单晶硅生长炉。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中单晶硅在收尾，取出单晶棒时，依然存在较大的安全隐患的问题，而提出的一种安全性能高的单晶硅生长炉。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种安全性能高的单晶硅生长炉，包括生长炉整体，所述生长炉整体包括提拉旋转系统、上炉盖和下炉体，所述提拉旋转系统位于所述上炉盖的上端，所述上炉盖内设置有提拉绳，所述提拉绳的上端与提拉旋转系统的下端相连接，所述提拉绳的下端连接有单晶棒，所述下炉体包括石墨加热器和石英坩埚，所述单晶棒位于所述石英坩埚内，所述石英坩埚的外表面设置有石墨加热器，所述石墨加热器上设置有保温罩，所述下炉体的下端设置有进气口，所述下炉体外表面靠近底端位置固定安装有连接杆，所述连接杆远离下炉体的一端设置有转台，所述转台上固定安装有机械手，所述机械手安装有单晶棒放置架。
优选的，所述转台包括可被远程控制的电机、转盘和旋转轴，所述旋转轴的下端与电机相连接，所述旋转轴的上端安装在转盘的圆心处。
优选的，所述机械手包括进给电动机、滚珠丝杆和连接臂，所述进给电动机的输出轴与滚珠丝杆固定连接，所述连接臂的数量为两个，两个所述连接臂均通过铰链连接在所述滚珠丝杆上，所述连接臂通过铰链连接有夹具。
优选的，两个所述夹具上均固定安装有耐火垫，所述耐火垫呈圆弧状。
优选的，所述下炉体的上端设置有观察窗和CCD传感器，所述观察窗上设置有双层玻璃，所述观察窗的两侧分别设置有进水口和出水口，所述出水口位于所述进水口的上方。
优选的，所述观察窗上设置有螺栓，所述观察窗的上层玻璃两侧均设置有螺纹孔，所述螺纹孔与螺栓位置、大小相对应。
优选的，所述提拉旋转系统与提拉绳之间设置有提拉结构，所述提拉结构包括定滑轮和动滑轮，所述定滑轮位于所述提拉结构的上端，且动滑轮位于所述提拉结构的下方，所述定滑轮和动滑轮之间缠绕有提拉绳。
与现有技术相比，本发明提供了一种安全性能高的单晶硅生长炉，具备以下有益效果：
（1）、本发明通过设置的转台和机械手可以在单晶棒出炉时，自动的安置单晶棒，减少因单晶棒的高温造成的危险；
（2）、通过在观察窗上设置进水口和出水口，冷却水从下方的进水口进，从上方的出水口出，用于冷却观察窗，防止因温度过高而减少寿命，同时防止玻璃上起雾；通过设置的螺栓，左右旋转可以固定和松动观察窗的上层玻璃，当单晶硅生长炉不工作时，旋转螺栓松动上层玻璃，使玻璃可在螺栓上旋转，上层玻璃的直径是小于两侧玻璃之间的高度的，所以旋转玻璃，可呈九十度，方便清理观察窗内的杂质，便于维护；
（3）、通过设置的提拉结构，能够节省动力，提高工作效率，减少电机的消耗，提拉结构是由定滑轮和动滑轮而成的一种简单机械，既可以省力也可以改变用力方向，从而可以减少电机的使用功率；
（4）、通过设置的耐火垫，可以提高机械手的耐高温性，从而增加机械手的使用寿命。
该发明中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现，本发明结构简单，操作方便。
附图说明
图1为本发明生长炉整体结构示意图；
图2为本发明转台的结构示意图；
图3为本发明机械手结构示意图；
图4为本发明夹具结构图；
图5为本发明观察窗的结构示意图；
图6为本发明观察窗的俯视图；
图7为本发明提拉结构结构示意图。
图中：1、生长炉整体；2、提拉旋转系统；3、上炉盖；4、下炉体；5、提拉绳；6、提拉结构；7、保温罩；8、石墨加热器；9、石英坩埚；10、单晶棒；11、观察窗；12、CCD传感器；13、进气口；14、连接杆；15、转台；16、单晶棒放置架；17、机械手；18、电机；19、旋转轴；20、进给电动机；21、滚珠丝杆；22、连接臂；23、夹具；24、耐火垫；25、进水口；26、出水口；27、螺栓；28、定滑轮；29、动滑轮。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
如图1-4所示，一种安全性能高的单晶硅生长炉，包括生长炉整体1，生长炉整体1包括提拉旋转系统2、上炉盖3和下炉体4，提拉旋转系统2位于上炉盖3的上端，上炉盖3内设置有提拉绳5，提拉绳5的上端与提拉旋转系统2的下端相连接，提拉绳5的下端连接有单晶棒10，下炉体4包括石墨加热器8和石英坩埚9，单晶棒10位于石英坩埚9内，石英坩埚9的外表面设置有石墨加热器8，石墨加热器8上设置有保温罩7，下炉体4的下端设置有进气口13。
下炉体4外表面靠近底端位置固定安装有连接杆14，连接杆14远离下炉体4的一端设置有转台15，转台15上固定安装有机械手17，机械手17安装有单晶棒放置架16。
转台15包括可被远程控制的电机18、转盘和旋转轴19，旋转轴19的下端与电机18相连接，旋转轴19的上端安装在转盘的圆心处。
机械手17包括进给电动机20、滚珠丝杆21和连接臂22，进给电动机20的输出轴与滚珠丝杆21固定连接，连接臂22的数量为两个，两个连接臂22均通过铰链连接在滚珠丝杆21上，连接臂22通过铰链连接有夹具23。
两个夹具23上均固定安装有耐火垫24，耐火垫24呈圆弧状。
通过设置的转台15和机械手17可以在单晶棒10出炉时，自动的安置单晶棒10，减少因单晶棒10的高温造成的危险，在单晶棒10刚出炉时，温度很高，人工安置单晶棒10，会因高温造成员工的烫伤或烧伤，危险性很大，此时，转台15的电机18被远程遥控，旋转到单晶棒10的所处的位置正下方，然后，通过机械手17夹住单晶棒放置架16，将单晶棒放置架16正放在单晶棒10下，距离相差30-50厘米，夹断单晶棒10的上端，使单晶棒10落入单晶棒放置架16内，最后通过机械手17松开单晶棒放置架16放置在推车上拉走冷却；
机械手17工作时，进给电动机20工作旋转，并且与滚珠丝杆21连接，滚珠丝杆21由螺杆、螺母和滚珠组成，它的功能是将旋转运动转化成直线运动，本发明中滚珠丝杆21是将进给电动机20的旋转运动转化成直线运动，螺杆向前运动，使两个连接臂22之间的距离变短，从而使夹具23之间的距离变短，从而能够夹住装有单晶棒10的单晶棒放置架16，通过设置的耐火垫24，耐火垫24具有很高的耐热性，可以提高机械手17的耐高温性，从而增加机械手17的使用寿命。
实施例2
如图1、图5、图6所示，一种安全性能高的单晶硅生长炉，包括生长炉整体1，生长炉整体1包括提拉旋转系统2、上炉盖3和下炉体4，提拉旋转系统2位于上炉盖3的上端，上炉盖3内设置有提拉绳5，提拉绳5的上端与提拉旋转系统2的下端相连接，提拉绳5的下端连接有单晶棒10，下炉体4包括石墨加热器8和石英坩埚9，单晶棒10位于石英坩埚9内，石英坩埚9的外表面设置有石墨加热器8，石墨加热器8上设置有保温罩7，下炉体4的下端设置有进气口13。
下炉体4的上端设置有观察窗11和CCD传感器12，观察窗11上设置有双层玻璃，观察窗11的两侧分别设置有进水口25和出水口26，出水口26位于进水口25的上方。
观察窗11上设置有螺栓27，观察窗11的上层玻璃两侧均设置有螺纹孔，螺纹孔与螺栓27位置、大小相对应。
通过在观察窗11上设置进水口25和出水口26，冷却水从下方的进水口25进，从上方的出水口26出，用于冷却观察窗11，防止因温度过高而减少寿命，同时防止玻璃上起雾。
通过设置的螺栓27，左右旋转可以固定和松动观察窗11的上层玻璃，当单晶硅生长炉不工作时，旋转螺栓27松动上层玻璃，使玻璃可在螺栓27上旋转，上层玻璃的直径是小于两侧玻璃之间的高度的，所以旋转玻璃可以呈九十度，方便清理观察窗11内的杂质，便于维护。
实施例3
如图1、图7所示，一种安全性能高的单晶硅生长炉，包括生长炉整体1，生长炉整体1包括提拉旋转系统2、上炉盖3和下炉体4，提拉旋转系统2位于上炉盖3的上端，上炉盖3内设置有提拉绳5，提拉绳5的上端与提拉旋转系统2的下端相连接，提拉绳5的下端连接有单晶棒10，下炉体4包括石墨加热器8和石英坩埚9，单晶棒10位于石英坩埚9内，石英坩埚9的外表面设置有石墨加热器8，石墨加热器8上设置有保温罩7，下炉体4的下端设置有进气口13。
提拉旋转系统2与提拉绳5之间设置有提拉结构6，提拉结构6包括定滑轮28和动滑轮29，定滑轮28位于提拉结构6的上端，且动滑轮29位于提拉结构6的下方，定滑轮28和动滑轮29之间缠绕有提拉绳5。
通过设置的提拉结构6，能够节省动力，提高工作效率，减少电机18的消耗，提拉结构6是由定滑轮28和动滑轮29而成的一种简单机械，既可以省力也可以改变用力方向，从而可以减少电机18的使用功率。
需要说明的是，本发明为一种安全性能高的单晶硅生长炉，使用时，首先，将石墨码放在石英坩埚9内，石英坩埚9是放在石墨加热器8内，石墨加热器8上设置有保温罩7，盖上上炉盖3后，开启石墨加热器8；
然后，石墨融化完成后，通过提拉绳5放入籽晶预热，预热结束后，通过提拉旋转系统2下降得到石英坩埚9内进行引晶、缩颈、放肩、等径和收尾一系列流程；
最后，将单晶棒10上提，并从进气口13充入氩气进行冷却，冷却十到十五个小时后，打开上炉盖3，将单晶棒10通过提拉旋转系统2旋转和提拉出下炉体4，此时，通过设置的转台15和机械手17可以在单晶棒10出炉时，自动的安置单晶棒10，减少因单晶棒10的高温造成的危险，提高了安全性，在单晶棒10刚出炉时，温度很高，人工安置单晶棒10，会因高温造成员工的烫伤或烧伤，危险性很大，转台15的电机18被远程遥控，旋转到单晶棒10的所处的位置正下方，然后，通过机械手17夹住单晶棒放置架16，将单晶棒放置架16正放在单晶棒10下，距离相差30-50厘米，夹断单晶棒10的上端，使单晶棒10落入单晶棒放置架16内，机械手17工作时，进给电动机20工作旋转，并且与滚珠丝杆21连接，滚珠丝杆21由螺杆、螺母和滚珠组成，它的功能是将旋转运动转化成直线运动，本发明中滚珠丝杆21是将进给电动机20的旋转运动转化成直线运动，螺杆向前运动，使两个连接臂22之间的距离变短，从而使夹具23之间的距离变短，从而能够夹住装有单晶棒10的单晶棒放置架16；最后通过机械手17松开单晶棒放置架16放置在推车上拉走冷却；并且，通过在观察窗11上设置进水口25和出水口26，冷却水从下方的进水口25进，从上方的出水口26出，用于冷却观察窗11，防止因温度减少寿命，同时防止玻璃上起雾；通过设置的螺栓27，左右旋转可以固定和松动上层玻璃，当单晶硅生长炉不工作时，旋转螺栓27松动上层玻璃，使玻璃可在螺栓27上旋转，上层玻璃的直径是小于两侧玻璃之间的高度的，所以旋转玻璃可呈九十度，方便清理观察窗11内的杂质，便于维护；并且提拉旋转系统2工作时，通过设置的提拉结构6，能够节省动力，提高工作效率，减少电机18的消耗，提拉结构6是由定滑轮28和动滑轮29而成的一种简单机械，既可以省力也可以改变用力方向，从而可以减少电机18的使用功率。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种安全性能高的单晶硅生长炉，包括生长炉整体（1），所述生长炉整体（1）包括提拉旋转系统（2）、上炉盖（3）和下炉体（4），其特征在于，所述提拉旋转系统（2）位于所述上炉盖（3）的上端，所述上炉盖（3）内设置有提拉绳（5），所述提拉绳（5）的上端与提拉旋转系统（2）的下端相连接，所述提拉绳（5）的下端连接有单晶棒（10），所述下炉体（4）包括石墨加热器（8）和石英坩埚（9），所述单晶棒（10）位于所述石英坩埚（9）内，所述石英坩埚（9）的外表面设置有石墨加热器（8），所述石墨加热器（8）上设置有保温罩（7），所述下炉体（4）的下端设置有进气口（13），所述下炉体（4）外表面靠近底端位置固定安装有连接杆（14），所述连接杆（14）远离下炉体（4）的一端设置有转台（15），所述转台（15）上固定安装有机械手（17），所述机械手（17）安装有单晶棒放置架（16）。
2.根据权利要求1所述的一种安全性能高的单晶硅生长炉，其特征在于，所述转台（15）包括可被远程控制的电机（18）、转盘和旋转轴（19），所述旋转轴（19）的下端与电机（18）相连接，所述旋转轴（19）的上端安装在转盘的圆心处。
3.根据权利要求1所述的一种安全性能高的单晶硅生长炉，其特征在于，所述机械手（17）包括进给电动机（20）、滚珠丝杆（21）和连接臂（22），所述进给电动机（20）的输出轴与滚珠丝杆（21）固定连接，所述连接臂（22）的数量为两个，两个所述连接臂（22）均通过铰链连接在所述滚珠丝杆（21）上，所述连接臂（22）通过铰链连接有夹具（23）。
4.根据权利要求3所述的一种安全性能高的单晶硅生长炉，其特征在于，两个所述夹具（23）上均固定安装有耐火垫（24），所述耐火垫（24）呈圆弧状。
5.根据权利要求1所述的一种安全性能高的单晶硅生长炉，其特征在于，所述下炉体（4）的上端设置有观察窗（11）和CCD传感器（12），所述观察窗（11）上设置有双层玻璃，所述观察窗（11）的两侧分别设置有进水口（25）和出水口（26），所述出水口（26）位于所述进水口（25）的上方。
6.根据权利要求5所述的一种安全性能高的单晶硅生长炉，其特征在于，所述观察窗（11）上设置有螺栓（27），所述观察窗（11）的上层玻璃两侧均设置有螺纹孔，所述螺纹孔与螺栓（27）位置、大小相对应。
7.根据权利要求1所述的一种安全性能高的单晶硅生长炉，其特征在于，所述提拉旋转系统（2）与提拉绳（5）之间设置有提拉结构（6），所述提拉结构（6）包括定滑轮（28）和动滑轮（29），所述定滑轮（28）位于所述提拉结构（6）的上端，且动滑轮（29）位于所述提拉结构（6）的下方，所述定滑轮（28）和动滑轮（29）之间缠绕有提拉绳（5）。
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