CN114950308B - 纯化设备及热场配件纯化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种纯化设备及配合其实施的一种热场配件纯化方法，纯化设备用来去除设置于纯化设备内侧的至少一个热场配件上的金属杂质。纯化设备包括一高温炉、设置于高温炉内侧的一密闭盒、连接于高温炉与密闭盒的一外管、设置于外管的内侧的一内管、连接于外管的一进气盖、设置于进气盖与外管之间的一第一密封件、以及环绕内管设置的一第二密封件。高温炉包含一炉体、一炉盖及设置于炉体内侧的一热场模块，进气盖能通过内管向密闭盒输入一惰性气体，热场模块用来加热惰性气体以使杂质由于被惰性气体加热而汽化。借此，将热场配件纯化后并再次利用，以降低切换或调整产品工艺所造成的成本损失。
Description
技术领域
本发明涉及一种长晶设备及一种纯化方法，特别是涉及一种纯化设备及配合所述纯化设备实施的一种热场配件纯化方法。
背景技术
现有的长晶设备(如：柴氏长晶设备)在制备晶锭、晶棒或单晶硅等产品时，若上述产品需应市场需求对上述产品的工艺进行调整，为避免现有的长晶设备中的石墨热场内侧所含的不纯物(如：砷化合物、硅化合物)造成污染，往往需要进一步制作一新热场及其相关配件，以配合调整后的产品工艺。
然而，制作新热场及其相关配件的时程往往需耗时至少3～6个月，并且制作新热场的费用动辄数百万元。导致现有的长晶设备在制造不同产品时，其时间成本及费用将大幅度提升。
针对上述缺陷，现有相关技术(如：中国专利号CN111254291A)仍多是针对一特定待纯化物(如：铜锭)对应提供专属的纯化装置。进一步地说，以中国专利号CN111254291A为例，其是借由“在包含冷却介质进管以及冷却介质出管的一炉体内中，利用铜中杂质不同分凝系数、不同饱和蒸汽压对铜进行纯化”的技术手段，来解决大型铜锭的高纯度纯化问题。需要说明的是，所述冷却介质进管的功能实际上仅是用来对石墨支撑台进行冷却降温，所述冷却介质进管并没有办法用来直接去除杂质。
如所述的，可以得知在现有相关技术中，现有的长晶设备在面对产品工艺需进行调整的问题时，除了采取“制作一新热场及其相关配件”的技术手段外，并没有其他更好的解决办法。因此，如何通过结构设计的改良来克服上述的缺陷已成为该项事业所要解决的重要课题之一。
发明内容
本发明实施例针对现有技术的不足提供一种纯化设备及一种热场配件纯化方法，其能有效地改善现有的长晶设备在制程中所可能产生的污染。
本发明的其中一个实施例公开了一种纯化设备，用来去除至少一个热场配件上的杂质，所述纯化设备包括：一高温炉，所述高温炉包含一炉体、安装于所述炉体的一炉盖、及设置于所述炉体的内侧的一热场模块；一密闭盒，设置于所述热场模块的内侧，并且所述密闭盒包含一盒体以及可拆卸地安装于所述盒体的一盒盖，其中所述盒体用来容纳至少一个所述热场配件；一外管，设置成穿过所述炉盖，并且所述外管包含一第一外管口、一第二外管口及一第三外管口，其中所述第一外管口与所述第二外管口设置于所述炉盖相对远离所述炉体的一侧，而所述第三外管口连接于所述盒盖；一内管，与所述外管间隔开地设置于所述外管的内侧，并且所述内管包含一第一内管口与一第二内管口；以及一进气盖，连接于所述第一外管口，并且所述进气盖能通过所述内管向所述密闭盒输入一惰性气体，其中所述热场模块用来加热位于所述密闭盒中的所述惰性气体以使所述杂质由于被所述惰性气体加热而汽化。
优选地，所述纯化设备还包含一第一密封件与一第二密封件，所述第一密封件设置于所述进气盖与所述第一外管口之间的连接处，所述第二密封件环绕所述内管设置。
优选地，所述第二密封件的位置对应于所述进气盖与所述第一外管口之间的连接处。
优选地，所述纯化设备还包含一抽气装置，所述抽气装置连接于所述第二外管口，并且所述抽气装置用来通过所述第二外管口抽取所述惰性气体以及汽化的所述杂质。
优选地，所述第二内管口邻近所述密闭盒的底部设置，所述内管还包含一出气管，并且所述出气管连接于所述第二内管口；其中，所述出气管能用来将所述惰性气体均匀地分布于所述密闭盒中。
优选地，所述出气管呈X字形，并且所述出气管具有用来排放所述惰性气体的多个出气孔。
优选地，所述进气盖与所述内管于空间上连通以形成一气密空间。
优选地，所述盒盖包含一顶面以及连接于所述顶面的多个侧面，并且任一个所述侧面的高度大于所述盒体的高度。
本发明的其中一个实施例公开了一种热场配件纯化方法，用来配合上述纯化设备实施，所述热场配件纯化方法包括：一进气步骤，使所述惰性气体从所述第一内管口经由所述内管进入设置有至少一个所述热场配件的所述密闭盒中，以使所述惰性气体充斥于所述密闭盒中；以及一加热步骤，使所述热场模块对所述密闭盒内的所述惰性气体进行加热，以使所述惰性气体的温度介于1400摄氏度～1500摄氏度，继而使所述杂质由于被所述惰性气体加热而汽化。
优选地，所述热场配件纯化方法还包含一抽气步骤，使抽气装置通过所述第二内管口对所述密闭盒进行抽气以使所述密闭盒内呈负压，并且使所述密闭盒内的压力不大于5帕斯卡(Pa)，继而使所述惰性气体与呈气态的所述杂质被所述抽气装置抽出。
本发明的其中一有益效果在于，本发明所提供的所述纯化设备及所述热场配件纯化方法能通过“所述进气盖能通过所述内管向所述密闭盒输入所述惰性气体”以及“所述热场模块用来加热位于所述密闭盒中的所述惰性气体以使所述杂质由于被所述惰性气体加热而汽化”的技术方案，将所述热场配件纯化后并再次利用，以降低切换或调整产品工艺所造成的成本损失。
为能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是这些说明与附图仅用来说明本发明，而非对本发明的保护范围作任何的限制。
附图说明
图1为本发明第一实施例的纯化设备的剖视示意图。
图2本发明第一实施例的热场配件设置于纯化设备的剖视示意图。
图3为本发明第一实施例的热场配件的立体示意图。
图4为图1的IV部分的放大示意图。
图5为本发明第一实施例的进气盖与外管的分解示意图。
图6为本发明第一实施例的惰性气体于密闭盒中流动的示意图。
图7为本发明第二实施例的热场配件纯化方法的步骤流程示意图。
具体实施方式
以下是通过特定的具体实施例来说明本发明所公开有关“纯化设备”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不背离本发明的构思下进行各种修改与变更。另外，需事先声明的是,本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘。此外，以下如有指出请参阅特定附图或是如特定附图所示，其仅是用以强调于后续说明中，所述及的相关内容大部份出现于该特定附图中，但不限制该后续说明中仅可参考所述特定附图。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。
应当可以理解的是，虽然本文中可能会使用到“第一”、“第二”、“第三”等术语来描述各种组件或者信号，但这些组件或者信号不应受这些术语的限制。这些术语主要是用以区分一组件与另一组件，或者一信号与另一信号。另外，本文中所使用的术语“或”应视实际情况而可能包括相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。
[第一实施例]
请参阅图1至图6所示，其为本发明的第一实施例，需先说明的是，本实施例所对应到的附图及其所提及的相关数量与外形仅用来具体地说明本发明的实施方式，以便于了解本发明的内容，而非用来局限本发明的保护范围。
如图1及图3所示，本发明第一实施例提供一种纯化设备100，以用来去除设置于所述纯化设备100内侧的至少一个热场配件200上的杂质300。其中，于本实施例中，至少一个所述热场配件200主要由石墨碳纤维材料制成，并且至少一个所述热场配件200为适用于柴可拉斯基法(Czochralski process)的长晶配件。
进一步地说，于本实施例中，所述热场配件200实际上可以为热屏蔽、加热器以及保温套筒，但本发明并不限于此。举例来说，于其他实施例中，所述热场配件200也可以是石墨坩埚等其他长晶配件。
需要说明的是，所述杂质300于本实施例中为一种砷化合物，但本发明并不限于此。举例来说，于本发明未示出的其他实施例中，所述杂质300也可以为一种硅化合物，并且所述硅化合物可以为硅或二氧化硅。
进一步地说，所述纯化设备100是由长晶设备改良而成，并且所述纯化设备100也能用来制备晶锭、晶棒或单晶硅等产品，但本发明并不限于此。举例来说，于本发明未示出的其他实施例中，所述纯化设备100也可以由现有的浮融带(Floating Zone)长晶设备改良而成。
如所述的，具体来说，所述纯化设备100能用来在制备晶锭、晶棒或单晶硅等产品工艺结束后，对设置于所述纯化设备100内侧的至少一个所述热场配件200上的所述杂质300进行纯化，使至少一个所述热场配件200能直接应用于其他产品工艺中。
如图1及图5所示，所述纯化设备100包括一高温炉1、设置于所述高温炉1内侧的一密闭盒2、连接于所述高温炉1与所述密闭盒2的一外管3、与所述外管间隔开地设置于所述外管3的内侧的一内管4、连接于所述外管3的一进气盖5、设置于所述进气盖5与所述外管3之间的一第一密封件6、环绕所述内管4设置的一第二密封件7、以及连接于所述外管3的一抽气装置8，但本发明并不限于此。举例来说，于本发明未示出的其他实施例中，所述纯化设备100也可以不包含所述第一密封件6、所述第二密封件7以及所述抽气装置8。
进一步地说，所述高温炉1包含一炉体11、安装于所述炉体11的一炉盖12及设置于所述炉体11的内侧的一热场模块13。其中，所述热场模块13包含邻近所述密闭盒2设置的多个加热体131，这些加热体能用来对所述密闭盒2进行加热，并且所述炉盖12用来为所述炉体11提供一开口，使至少一个所述热场配件200能被放置于所述炉体11内侧。
如图2所示，所述密闭盒2设置于所述热场模块13的内侧，并且所述密闭盒2包含一盒体21以及可拆卸地安装于所述盒体21的一盒盖22。其中，所述盒体21用来容纳至少一个所述热场配件200。更详细地说，所述盒盖22包含一顶面221以及连接于所述顶面221的多个侧面222，并且任一个所述侧面222的高度大于所述盒体21的高度。
具体来说，于本实施例中，当所述盒盖22安装于所述盒体21时，所述盒盖22的多个所述侧面222能移动地对应贴合于所述盒体21的多个侧面，并且所述盒体21的高度定义为一盒体高度D1，而所述侧面222的高度定义为一盒盖高度D2。
需要说明的是，于本实施例中，所述盒盖高度D2大于所述盒体高度D1，并且所述盒盖高度D2以及所述盒体高度D1至少高于任一所述热场配件200的高度，以使所述盒盖22安装于所述盒体21时，所述盒盖22的所述侧面222与对应的所述盒体21的所述侧面之间的接触面积有效提升，但本发明并不限于此。举例来说，于本发明未示出的其他实施例中，所述盒体高度D1也可以低于任一所述热场配件200的高度。
如图1及图4所示，所述外管3设置成穿过所述炉盖12，并且所述外管3包含一第一外管口31、一第二外管口32及一第三外管口33。其中，所述第一外管口31与所述第二外管口32设置于所述炉盖12相对远离所述炉体11的一侧，而所述第三外管口33连接于所述盒盖22。
更详细地说，于本实施例中，所述外管3为一法兰三通管，并且所述外管3具有相互垂直的两个管中心轴线。其中，所述第一外管口31与所述第三外管口33共同位于任一所述管中心轴线上，而所述第二外管口32位于与该管中心轴线垂直的另一所述管中心轴线上，但本发明并不限于此。举例来说，于本发明未示出的其他实施例中，所述外管3也可以是一Y字形管。
所述内管4与所述外管间隔开地设置于所述外管3的内侧，并且所述内管4包含邻近于所述第一外管口31的一第一内管口41与相对远离所述第一内管口41的一第二内管口42。其中，所述第二内管口42邻近所述密闭盒2的底部设置，并且所述内管4包含连接于所述第二内管口42的一出气管43，但本发明并不限于此。举例来说，于本发明未示出的其他实施例中，所述内管4也可以不包含所述出气管43。
如图1、图4及图6所示，所述进气盖5连接于所述第一外管口31，并且所述进气盖5能通过所述内管4向所述密闭盒2输入一惰性气体5A。其中，所述进气盖5的组成材料包含不锈钢，而所述密闭盒2与所述内管4的组成材料包含石墨。
具体来说，所述内管4与所述进气盖间隔开地设置于所述进气盖5内侧，并且所述进气盖5与所述内管4于空间上连通以形成一气密空间，以使所述惰性气体5A通过所述内管4时不会溢出。进一步地说，如图5所示，所述第一密封件6设置于所述进气盖5与所述第一外管口31之间的连接处，并且所述第二密封件7环绕所述内管4设置。其中，所述第二密封件7的位置对应于所述进气盖5与所述第一外管口31之间的连接处，并且于本实施例中，所述第一密封件6为一橡胶O形环，而所述第二密封件7为一橡胶管状套环。
如所述的，借由“将所述第一密封件6设置于所述进气盖5与所述第一外管口31之间的连接处”以及“将所述第二密封件7环绕所述内管4设置”的技术手段，所述进气盖5与所述内管4能于空间上连通以形成一气密空间，以使所述惰性气体5A通过所述内管4时不会溢出。
需要说明的是，所述第一内管口41设置于所述进气盖5的外侧，并且所述出气管43能用来将所述惰性气体5A均匀分布于所述密闭盒2中。更详细地说，所述第一内管口41用来连接于一气体输送机，使所述惰性气体5A能从所述第一内管口41输入，并通过所述内管4以及所述出气管43进入所述密闭盒2中。
更详细地说，如图1及图6所示，所述出气管43呈X字形，并且所述出气管43具有用来排放所述惰性气体5A的多个出气孔，但本发明并不限于此。举例来说，于本发明未示出的其他实施例中，所述出气管43也可以呈环形。
当所述惰性气体5A充斥于所述密闭盒2中时，所述热场模块13将用来加热位于所述密闭盒2中的所述惰性气体5A以使所述杂质300由于被所述惰性气体5A加热而汽化。进一步地说，当所述杂质300被所述惰性气体5A加热而汽化后，连接于所述外管3的所述第二外管口32的所述抽气装置8将被用来通过所述第二外管口32抽取所述惰性气体5A以及汽化的所述杂质300。
具体来说，所述抽气装置8能通过所述第二内管口42对所述密闭盒2抽气以使所述密闭盒2内呈负压。其中，当所述密闭盒2内呈负压时，所述密闭盒2内的压力不大于5帕斯卡(Pa)，以使所述惰性气体5A与呈气态的所述杂质300被所述抽气装置8抽出。
如所述的，所述纯化设备100能用来将至少一个所述热场配件200纯化后并再次利用，以降低切换或调整产品工艺所造成的成本损失。
[第二实施例]
请参阅图7所示，其为本发明的第二实施例，需先说明的是，本实施例类似于上述实施例一，所以两个实施例的相同处则不再加以赘述(如：所述高温炉1)；再者，本实施例对应附图所提及的相关数量与外形仅用来具体地说明本发明的实施方式以便于了解本发明的内容，而非用来局限本发明的保护范围。
如图7所示，本发明第二实施例提供一种热场配件纯化方法，其用来配合本发明第一实施例的所述纯化设备100实施，并且所述热场配件纯化方法至少依次包括一进气步骤S101、一加热步骤S103以及一抽气步骤S105，但本发明并不限于此。举例来说，于本发明未示出的其他实施例中，所述热场配件纯化方法也可以不包含所述抽气步骤S105。
需要说明的是，在所述进气步骤S101中，所述惰性气体5A从所述第一内管口41经由所述内管4进入设置有至少一个所述热场配件200的所述密闭盒2中，以使所述惰性气体5A充斥于所述密闭盒2中。
需要说明的是，在所述加热步骤S103中，多个所述加热体131对所述密闭盒2内的所述惰性气体5A进行加热，以使所述惰性气体5A的温度介于1400摄氏度～1500摄氏度，继而使所述杂质300由于被所述惰性气体5A加热而汽化。
需要说明的是，在所述抽气步骤S105中，所述抽气装置8通过所述第二内管口42对所述密闭盒2进行抽气以使所述密闭盒2内呈负压，并且使所述密闭盒2内的压力不大于5帕斯卡(Pa)，继而使所述惰性气体5A与呈气态的所述杂质300被所述抽气装置8抽出。
如所述的，所述热场配件纯化方法能用来将至少一个所述热场配件200纯化后并再次利用，以降低切换或调整产品工艺所造成的成本损失。
[实施例的有益效果]
本发明的其中一有益效果在于，本发明所提供的所述纯化设备100能通过“所述进气盖5能通过所述内管4向所述密闭盒2输入所述惰性气体5A”以及“所述热场模块13用来加热位于所述密闭盒2中的所述惰性气体5A以使所述杂质300由于被所述惰性气体5A加热而汽化”的技术方案，将所述热场配件200纯化后并再次利用，以降低切换或调整产品工艺所造成的成本损失。
更进一步来说，本发明所提供的所述纯化设备100能通过“所述盒盖高度D2大于所述盒体高度D1，并且所述盒盖高度D2以及所述盒体高度D1至少高于任一所述热场配件200的高度”以及“当所述盒盖22安装于所述盒体21时，所述盒盖22的多个所述侧面222能移动地对应贴合于所述盒体21的多个所述侧面”的技术方案，使在所述密闭盒2中的所述惰性气体5A被加热时，被加热的所述惰性气体5A不会轻易地从所述盒体21与所述盒盖22之间的缝隙溢出。
更进一步来说，本发明所提供的所述纯化设备100能通过“所述出气管43呈X字形，并且所述出气管43具有用来排放所述惰性气体5A的多个所述出气孔”的技术方案，提升所述惰性气体5A在所述密闭盒2中的扩散速度与均匀度。
更进一步来说，本发明所提供的所述纯化设备100能通过“所述第一密封件6设置于所述进气盖5与所述第一外管口31之间的连接处，并且所述第二密封件7环绕所述内管4设置”的技术方案，使所述惰性气体5A通过所述内管4时不会溢出。
更进一步来说，本发明所提供的所述纯化设备100能通过“所述抽气装置8能通过所述第二内管口42对所述密闭盒2抽气以使所述密闭盒2内呈负压。其中，当所述密闭盒2内呈负压时，所述密闭盒2内的压力不大于5帕斯卡(Pa)”的技术方案，使所述惰性气体5A与呈气态的所述杂质300能持续不断地被所述抽气装置8抽出。
以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的申请专利范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化均包含于本发明的申请专利范围内。
Claims (9)
1.一种纯化设备，其特征在于，所述纯化设备用来去除至少一个热场配件上的杂质，所述纯化设备包括：
一高温炉，包含一炉体、安装于所述炉体的一炉盖、及设置于所述炉体的内侧的一热场模块；
一密闭盒，设置于所述热场模块的内侧，并且所述密闭盒包含一盒体以及能拆卸地安装于所述盒体的一盒盖；其中，所述盒体用来容纳至少一个所述热场配件；
一外管，设置成穿过所述炉盖，并且所述外管包含一第一外管口、一第二外管口及一第三外管口；其中，所述第一外管口与所述第二外管口设置于所述炉盖相对远离所述炉体的一侧，而所述第三外管口连接于所述盒盖；
一内管，与所述外管间隔开地设置于所述外管的内侧，所述内管包含一第一内管口与一第二内管口，并且所述第二内管口邻近所述密闭盒的底部设置；以及
一进气盖，连接于所述第一外管口，并且所述进气盖能通过所述内管向所述密闭盒输入一惰性气体；其中，所述热场模块用来加热位于所述密闭盒中的所述惰性气体以使所述杂质由于被所述惰性气体加热而汽化；以及
一抽气装置，连接于所述第二外管口，并且所述抽气装置用来通过所述第二外管口抽取所述惰性气体以及汽化的杂质。
2.根据权利要求1所述的纯化设备，其特征在于，所述纯化设备还包含一第一密封件与一第二密封件，所述第一密封件设置于所述进气盖与所述第一外管口之间的连接处，所述第二密封件环绕所述内管设置。
3.根据权利要求2所述的纯化设备，其特征在于，所述第二密封件的位置对应于所述进气盖与所述第一外管口之间的连接处。
4.根据权利要求1所述的纯化设备，其特征在于，所述内管还包含一出气管，并且所述出气管连接于所述第二内管口；其中，所述出气管能用来将所述惰性气体均匀地分布于所述密闭盒中。
5.根据权利要求4所述的纯化设备，其特征在于，所述出气管呈X字形，并且所述出气管具有用来排放所述惰性气体的多个出气孔。
6.根据权利要求1所述的纯化设备，其特征在于，所述进气盖与所述内管于空间上连通以形成一气密空间。
7.根据权利要求1所述的纯化设备，其特征在于，所述盒盖包含一顶面以及连接于所述顶面的多个侧面，并且任一个所述侧面的高度大于所述盒体的高度。
8.一种热场配件纯化方法，其特征在于，所述热场配件纯化方法使用根据权利要求1所述的纯化设备实施，所述热场配件纯化方法包括：
一进气步骤，使所述惰性气体从所述第一内管口经由所述内管进入设置有至少一个所述热场配件的所述密闭盒中，以使所述惰性气体充斥于所述密闭盒中；以及
一加热步骤，使所述热场模块对所述密闭盒内的所述惰性气体进行加热，以使所述惰性气体的温度介于1400摄氏度～1500摄氏度，继而使所述杂质由于被所述惰性气体加热而汽化。
9.根据权利要求8所述的热场配件纯化方法，其特征在于，所述热场配件纯化方法还包含一抽气步骤，使一抽气装置通过所述第二内管口对所述密闭盒进行抽气以使所述密闭盒内呈负压，并且使所述密闭盒内的压力不大于5帕斯卡，继而使所述惰性气体与呈气态的所述杂质被所述抽气装置抽出。
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