CN113136619B - 一种同轴对准装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种同轴对准装置,采用同轴对准装置的单晶硅生产工艺的步骤包括S1:单晶炉的炉筒外侧架设磁场装置,向炉筒内部施加磁场;S2:装料;S21:在炉筒内设有同轴对准装置,在炉筒安装石墨坩埚,通过同轴对准装置在石墨坩埚内安装石英坩埚;S22:多晶放入石英坩埚内,棱角靠近石英坩埚;S3:通过同轴对准装置安装并调整籽晶,籽晶与石英坩埚同轴线;S4:抽空和捡漏,抽出炉筒内部的气体,完成抽气后,检测炉筒漏气速率;S5:熔料;S6:引晶、放肩和收尾;S7:停炉;S8:取单晶。本申请具有快速准确地调整石墨坩埚、石英坩埚和籽晶的同轴度,提高单晶硅的生产效率和质量的效果。
Description
技术领域
本申请涉及单晶硅生产的领域,尤其是涉及一种同轴对准装置。
背景技术
硅是最常见应用最广的半导体材料,通过单晶炉将单质硅熔融并以金刚石晶格排列成晶核,其晶核长成晶面取向相同的晶粒,形成单晶硅。单晶硅作为一种比较活泼的非金属元素晶体,是晶体材料的重要组成部分,处于新材料发展的前沿,其主要用途是用作半导体材料和利用太阳能光伏发电、供热等。
公开号为CN108823636A的中国专利公开了一种单晶硅生长装置,其是在加热用的石墨加热器的内侧配置石墨坩埚,在其内侧配置石英坩埚,并从石英坩埚内装满的原料熔融液中使结晶生长,基于切克劳斯基单晶生长法的单晶硅生长装置,在石墨加热器的外侧具有加热器外侧绝热部件,在石墨坩埚的下部具有坩埚下部绝热部件,在石墨坩埚及石英坩埚的直体部上方具有坩埚上部绝热部件,具有位于石墨坩埚的直体部外侧的坩埚外侧绝热部件,在石墨坩埚及石英坩埚的直体部内侧具有坩埚内侧绝热部件,在原料熔融液液面的上方具有隔热部件,在坩埚上部绝热部件、坩埚外侧绝热部件和坩埚内侧绝热部件的内侧所形成的保温空间内,石墨坩埚以及石英坩埚可升降。
针对上述中的相关技术,发明人认为在石墨坩埚和石英坩埚安装时,需要处于同轴状态,并且石墨坩埚和石英坩埚的轴线与籽晶的转动轴线重合,安装过程校准工作比较麻烦,并且可能同轴度较低,影响单晶硅的生产效率和生产质量。
发明内容
为了快速准确地调整石墨坩埚、石英坩埚和籽晶的同轴度,提高单晶硅的生产效率和质量,本申请提供一种同轴对准装置。
本申请提供的一种同轴对准装置采用如下的技术方案:
一种采用同轴对准装置的单晶硅生长控制工艺,包括以下步骤:
S1:单晶炉的炉筒外侧架设磁场装置,向炉筒内部施加磁场;
S2:装料;
S21:在炉筒内设有同轴对准装置,在炉筒安装石墨坩埚,通过同轴对准装置在石墨坩埚内安装石英坩埚;
S22:多晶放入石英坩埚内,棱角靠近石英坩埚;
S3:通过同轴对准装置安装并调整籽晶,籽晶与石英坩埚同轴线;
S4:抽空和捡漏,抽出炉筒内部的气体,完成抽气后,检测炉筒漏气速率;
S5:熔料;
S6:引晶、放肩和收尾;
S7:停炉;
S8:取单晶。
通过采用上述技术方案,通过同轴对准装置在炉筒内安装石墨坩埚、在石墨坩埚内安装同轴线的石英坩埚,使得石墨坩埚和石英坩埚均与籽晶的轴线重合,在熔料过程中,棱角靠近石英坩埚,可减少多晶熔料贴边的可能,磁场装置在炉筒内部形成横向磁场,抑制溶体内部的热对流,由此提高在引晶、放肩和收尾后单晶硅的品质。
可选的,所述同轴对准装置包括竖杆,所述竖杆上端设有与炉筒内壁可拆卸连接的固定组件,所述竖杆下端设有用于校准石墨坩埚和石英坩埚同轴度的校准组件。
通过采用上述技术方案,在安装石墨坩埚之前,首先在炉筒内部安装同轴对准装置,即将竖杆竖直放置在炉筒的中心线上,固定组件将竖杆与炉筒相对固定连接,竖杆下端的校准组件则将石墨坩埚和石英坩埚同轴安装校准,完成安装后,拆卸固定组件,并将同轴对准装置取下,使其不会影响单晶硅的生长工艺。
可选的,所述固定组件包括设置在竖杆外侧的固定块,所述炉筒内壁上铰接有若干绕炉筒轴线均匀分布的连接件,所述连接件通过螺栓与固定块固定连接。
通过采用上述技术方案,固定块与竖杆相对固定,固定块通过螺栓与连接件固定连接,从而将固定块与炉筒内壁固定连接,由此保持竖杆的位置稳定不动。
可选的,所述连接件包括轴线重合的第一连接杆和第二连接杆,所述第一连接杆一端与炉筒内壁铰接,另一端与第二连接杆螺纹连接,所述第二连接杆远离第一连接杆的一端通过螺栓固定在固定块上。
通过采用上述技术方案,第一连接杆和第二连接杆螺纹连接,使得第一连接杆和第二连接杆的位置能够相对改变,由此调整固定块的位置,从而调整竖杆的位置,使得竖杆能够更加精准地校准石墨坩埚和籽晶的同轴度。
可选的,所述校准组件包括设置在竖杆下端部的支撑块,所述支撑块的边缘处铰接有若干沿圆周均匀分布的套筒,所述套筒内滑动连接有支撑杆,所有所述支撑杆铰接有同一块连接块,连接块上方转动连接有移动块,所述移动块与竖杆螺纹连接。
通过采用上述技术方案,转动移动块,使得移动块能够沿竖杆上下移动,并带动连接块一起移动,在连接块靠近支撑块时,支撑杆在套筒的限制下转动,同时支撑杆相对套筒滑动,使得支撑杆与竖杆的夹角变大,连接块远离支撑杆时,支撑杆反向转动,并支撑杆与竖杆的夹角变小,由此当竖杆位于石墨坩埚内部时,支撑杆远离竖杆的一端能够抵接在石墨坩埚的内壁上,从而使得石墨坩埚的轴线与竖杆的轴线重合,同理,在石墨坩埚内安装石英坩埚时,调节支撑杆相对竖杆的夹角,使得所有支撑杆远离竖杆的一端均抵接在石英坩埚的内壁,由此石墨坩埚、石英坩埚和籽晶的轴线重合,快速校准同轴度。
可选的,所述支撑杆远离连接块的一端设有弧形杆,所述弧形杆的圆心与竖杆的轴线重合。
通过采用上述技术方案,弧形杆提高支撑杆与石墨坩埚或石英坩埚内壁的接触面,从而提高支撑的稳定性。
可选的,所述固定组件和校准组件之间设有定位块,所述定位块与竖杆螺纹连接,所述定位块边缘设有横杆。
通过采用上述技术方案,转动定位块,使得定位块能够升降,设置在定位块上的横杆能够检测坩埚的水平度,由此确保石墨坩埚或石英坩埚保持水平状态,减少水平度不足而使得内部溶体倾撒的可能。
可选的,所述S4中,炉筒内部抽气至极限,向炉筒内充入氩气从而洗涤炉筒,停止通入氩气并再次抽空,如此反复操作,直至炉筒内部压力小于5Pa。
通过采用上述技术方案,炉筒内压力在40分钟内抽到5 Pa为正常,压力无法抽到5Pa以下及氩气洗涤超过3次仍达不到要求时需报设备人员维修。
可选的,封闭炉筒,等待五分钟检测炉筒内部压力,若五分钟内压力增加小于3Pa即为冷态侧漏合格。
通过采用上述技术方案,记录前后压力值,计算漏气速率,从而计算是否合格。
综上所述,本申请包括以下至少一种有益技术效果:
1.同轴对准装置能够在炉筒内部快速找准并安装石墨坩埚和石英坩埚,提高石墨坩埚和石英坩埚的同轴度,提高准确性,从而提高单晶硅的生产效率和质量;
2.固定组件使得同轴对准装置能够相对炉筒拆装,使得同轴对准装置不会在炉筒内部对单晶硅的生长造成不利影响;
3.定位块和横杆能够检测石墨坩埚和石英坩埚的水平度,从而进一步精确石墨坩埚和石英坩埚的同轴度。
附图说明
图1是同轴对准装置与炉筒的连接结构示意图。
图2是同轴对准装置的结构示意图。
附图标记说明:1、炉筒;11、坩埚轴;12、坩埚盘;13、传动杆;2、同轴对准装置;3、竖杆;4、固定组件;41、固定块;42、固定杆;43、连接件;431、第一连接杆;432、第二连接杆;44、螺栓;5、校准组件;51、移动块;52、连接块;53、支撑杆;54、支撑块;55、套筒;56、弧形杆;6、定位块;7、横杆。
具体实施方式
以下结合附图1-2对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种同轴对准装置。采用同轴对准装置的单晶硅生长控制工艺,其具体步骤如下:
S1:单晶炉的炉筒1外侧架设磁场装置,向炉筒1内部施加磁场。根据磁场装置的不同,磁场可设置为横向磁场、勾形磁场或旋转磁场,用于抑制炉筒1内部溶体的热对流现象,从而提高单晶硅的结晶品质。
S2:装料;
S21:参照图1,在炉筒1内设置同轴对准装置2,在炉筒1安装石墨坩埚,通过同轴对准装置2在石墨坩埚内安装石英坩埚,其中,石墨坩埚和石英坩埚在图中未画出。
炉筒1内部下端中心转动连接有坩埚轴11,在坩埚轴11上端固定有坩埚盘12,炉筒1内部上端则设置有用于旋转并提拉籽晶的传动杆13,传动杆13的轴线与坩埚轴11的轴线重合,同轴对准装置2包括设置在传动杆13和坩埚盘12之间。
参照图1和图2,同轴对准装置2包括竖直设置在炉筒1内部的竖杆3,在竖杆3的上端设有固定连接炉筒1内壁的固定组件4。固定组件4包括设置在竖杆3外侧的环状固定块41,固定块41上下两侧均固定有若干均匀分布在固定块41上的固定杆42,固定杆42远离固定块41的一端固定在竖杆3的侧壁上。
固定组件4还包括三个均匀环绕在固定块41外侧的连接件43,连接件43包括第一连接杆431和第二连接杆432,第一连接杆431一端铰接在炉筒1的内壁上,另一端与第二连接杆432螺纹连接,第二连接杆432远离第一连接杆431的一端通过螺栓44固定在固定块41上。三个连接件43稳定支撑固定块41,通过转动第二连接杆432,能够调整连接件43的长度,从而调整固定块41的位置,由此调整竖杆3的位置,并使竖杆3的轴线与传动杆13的轴线重合。
竖杆3的下端设置螺纹,并且设置有校准组件5。校准组件5包括与竖杆3螺纹连接的移动块51,在移动块51下端的外侧转动连接有连接块52,连接块52的下端铰接有三根绕连接块52均匀分布的支撑杆53。校准组件5还包括固定在竖杆3底部的支撑块54,支撑块54呈圆盘状,在支撑块54外侧铰接有三个套筒55,且套筒55与支撑杆53一一对应。支撑杆53远离连接块52的一端穿过套筒55,且与套筒55滑动连接,另外支撑杆53远离连接块52的一端固定有弧形杆56。
石墨坩埚安装到坩埚盘12上,同时竖杆3和校准组件5位于石墨坩埚中,转动移动块51,使得移动块51带动连接块52同步下移,支撑杆53在套筒55的限制下带动套筒55转动,同时支撑杆53沿套筒55滑动,支撑杆53远离连接块52的一端向上转动并翘起,使得弧形杆56抵接并支撑石墨坩埚的内壁,由此使得石墨坩埚的轴线与竖杆3的轴线重合。
当适应坩埚需要安装在石墨坩埚内部时,反向转动移动块51,使得移动块51带动连接块52向上移动,支撑杆53与竖杆3的夹角变小,从而减少弧形杆56与竖杆3之间的水平距离。当石英坩埚位于石墨坩埚内部时,再次向下移动移动块51,使得弧形杆56抵接在石英坩埚的内壁上,由此石英坩埚的轴线与石墨坩埚的轴线重合。
通过固定组件4和校准组件5的固定校准,使得传动杆13的轴线、石墨坩埚的轴线和石英坩埚的轴线以及坩埚轴11的轴线重合,快速调整同轴度。
另外,参照图1和图2,在固定组件4和校准组件5之间设有与竖杆3螺纹连接的定位块6,定位块6两侧固定有水平的横杆7,转动定位块6,使得定位块6能够沿竖杆3上下移动,直至横杆7的下侧面抵接在石墨坩埚或石英坩埚的上表面,从而调整石墨坩埚或石英坩埚的水平度。
安装完成后,拧下螺栓44,从而将连接件43与固定块41脱离,由此同轴对准组件能够从炉筒1中被拆卸下来,使其不会对单晶硅的生长造成不利影响。
S22:将多晶料装入石英坩埚内,将大块料放置中央,中型料放于大料四周,间隙用小料填好,将多晶中体积较大的多晶盖在最上面,并使其棱角靠近石英坩埚,使得多晶熔料不易贴边,装料时要轻拿轻放,使得料块不会撞击石英坩埚,并且不使碎料掉入保温筒的缝隙,以免造成打火。
S3:在同轴对准装置2被拆卸后,籽晶安装在传动杆13下端,使得籽晶与石英坩埚同轴线;
S4:抽空和捡漏。
炉筒1内部的空气被抽出,在抽至极限时向炉筒1内部充入氩气,使得氩气洗涤炉筒1内部,随后关闭氩气阀门再抽,如此反复操作直至炉压小于5 Pa,炉内压力在40分钟内抽到5 Pa为正常,压力无法抽到5 Pa以下及氩气洗涤超过3次仍达不到要求时需报设备人员维修。
抽空合格后在记录下此时炉筒1内的极限压力,然后封闭炉筒1,等待5分钟后检测炉筒1内的压力,计算漏气速率,5分钟内炉内压力增加小于3 Pa即漏气速率小于0.5 Pa/min,使其为冷态测漏合格。
S5:熔料。
向炉筒1内部通入氩气,调节氩气流量在40 L/min。在熔料过程中时刻观察炉内情况,硅料逐步熔化成液态,堆在坩埚内的固体料块开始下陷后,使得逆时针2 转/分钟转动坩埚,并下降坩埚位置,待硅熔全熔后上升至引晶埚位,降低功率至引晶功率。
坩埚内部温度趋于稳定,将籽晶调到顺时针15 转/分钟,埚转调节到8 转/分钟。
S6:引晶、放肩和收尾。
引晶:通过控制籽晶拉升速度和增减加热器温度点数,逐步使籽晶变细,并形成长100-120mm,直径3.5-4.5mm粗细均匀的细晶。
放肩:降低加热器温度设定15-20点,拉速固定为10-26mm/h,此时因为温度的降低,肩部逐步长大,放肩时要时刻观察肩的形状,通过合适的降温,达到放平肩的要求。
收尾:当等径长度达到程序规定的长度时,对拉速、温度和埚升做适当调整,单晶直径逐步减少,直至生成一锥形尾尖,收尾长度为一个单晶直径。
S7:停炉。
S8:取单晶。
炉筒1关闭后依然维持氩气流量不变化保护并冷却单晶,冷却2 h后关氩气,进行热态测漏,5分钟内炉内压力增加不到1 Pa即漏气速率小于1/5 Pa/min,可为热态测漏合格,若不合格做好记录及时通知设备人员待单晶取出后进行维修。
以上均为本申请的较佳实施例,并非依此限制本申请的保护范围,故:凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化,均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种同轴对准装置,其特征在于:包括竖杆(3),所述竖杆(3)上端设有与炉筒(1)内壁可拆卸连接的固定组件(4),所述竖杆(3)下端设有用于校准石墨坩埚和石英坩埚同轴度的校准组件(5),所述校准组件(5)包括设置在竖杆(3)下端部的支撑块(54),所述支撑块(54)的边缘处铰接有若干沿圆周均匀分布的套筒(55),所述套筒(55)内滑动连接有支撑杆(53),所有所述支撑杆(53)铰接有同一块连接块(52),连接块(52)上方转动连接有移动块(51),所述移动块(51)与竖杆(3)螺纹连接,所述固定组件(4)包括设置在竖杆(3)外侧的固定块(41),所述炉筒(1)内壁上铰接有若干绕炉筒(1)轴线均匀分布的连接件(43),所述连接件(43)通过螺栓(44)与固定块(41)固定连接,所述连接件(43)包括轴线重合的第一连接杆(431)和第二连接杆(432),所述第一连接杆(431)一端与炉筒(1)内壁铰接,另一端与第二连接杆(432)螺纹连接,所述第二连接杆(432)远离第一连接杆(431)的一端通过螺栓(44)固定在固定块(41)上,所述支撑杆(53)远离连接块(52)的一端设有弧形杆(56),所述弧形杆(56)的圆心与竖杆(3)的轴线重合,所述固定组件(4)和校准组件(5)之间设有定位块(6),所述定位块(6)与竖杆(3)螺纹连接,所述定位块(6)边缘设有横杆(7)。
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