CN115573040A - 一种硅棒用高频线圈加热退火装置及其退火方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及原生多晶退火技术领域，且公开了一种硅棒用高频线圈加热退火装置，包括安装基座，所述安装基座顶部的后方放置有高频感应电源，所述高频感应电源的正面设置有高频感应线圈，所述安装基座的顶部固定安装有防护套管，且防护套管的中部活动套装有硅棒，所述高频感应线圈套装于防护套管的外部，且高频感应线圈可对防护套管内部的硅棒进行高频加热。该硅棒用高频线圈加热退火装置及其退火方法，利用高频加热可对电导体加热的方式，设置位于高频感应线圈内部的防护套管，通过第一输送机构、第二输送机构带动硅棒在防护套管中移动，通过高频感应线圈对硅棒进行加热退火，消除硅棒中的应力，细化组织，改善切削加工性能。
Description
技术领域
本发明涉及原生多晶退火技术领域，具体为一种硅棒用高频线圈加热退火装置及其退火方法。
背景技术
生产多晶硅的工艺大部分都是常规三氯氢硅氢还原法，即改良西门子法，多晶硅还原炉在细长的硅芯上通上电源，使硅芯加热发红，直至表面温度达到1100摄氏度，通入高纯的三氯氢硅和氢气，使其在高温下发生还原反应。原生多晶长到预期直径后就出炉，出炉前有个冷却过程，这个过程因热场离散会造成多晶硅棒内部产生应力，这个残余应力不消除的话后续切割时会因应力释放而裂掉。
目前对于硅棒生产后主要由光伏级多晶电阻炉消除硅棒内部的应力，将硅棒放置入光伏级多晶电阻炉内部，对硅棒进行加热，实现对硅棒加热退火，消除硅棒中的应力，芯片为满足正常使用，要求晶圆表面金属含量极低，必须在1E10atoms/cm2以下，因此在硅棒退火时，其表面和体相金属污染也必须在极低的水平，然而常见的电阻炉内部为氧化铝耐火砖和石棉绝热层，该方式退火出来的材料体相金属含量较高，不能满足高制程要求的芯片制造工艺，为消除硅棒中的应力、并避免对硅棒产生污染，我们提出一种硅棒用高频线圈加热退火装置及其退火方法以解决上述提出问题。
发明内容
（一）解决的技术问题
本发明提供了一种硅棒用高频线圈加热退火装置及其退火方法，利用高频加热可对电导体加热的方式，通过高频加热线圈对硅棒进行加热退火，消除硅棒中应力的同时避免对硅棒造成污染，解决了上述提出的问题。
（二）技术方案
本发明提供如下技术方案：一种硅棒用高频线圈加热退火装置，包括安装基座，所述安装基座顶部的后方放置有高频感应电源，所述高频感应电源的正面设置有高频感应线圈，所述安装基座的顶部固定安装有防护套管，且防护套管的中部活动套装有硅棒，所述高频感应线圈套装于防护套管的外部，且高频感应线圈可对防护套管内部的硅棒进行高频加热，所述防护套管顶部的一端固定连接有惰性气体进管、顶部的另一端固定安装有压力表，所述安装基座的顶部设置有位于防护套管一端的第一输送机构、设置有位于防护套管另一端的第二输送机构，所述第一输送机构、第二输送机构可对硅棒进行输送，所述安装基座的底部设置有与第一输送机构、第二输送机构配合的第一传动机构，所述安装基座的底部设置有与第一输送机构配合的两组传动齿轮，所述安装基座的底部固定安装有可为第一输送机构、第二输送机构提供动力的伺服电机，所述安装基座的顶部设置有位于第一输送机构、第二输送机构中间且均匀分布的输送支撑机构，所述安装基座的顶部固定安装有位于第二输送机构外部的龙门架，且龙门架顶端的中部固定安装有红外温度传感器，所述龙门架的正面固定安装有主控制器。
优选的，所述防护套管的两端均固定套装有耐高温密封环，所述耐高温密封环的内壁可与硅棒的相抵，所述防护套管内侧的底部活动安装有两列辅助支撑滚轮，且两列辅助支撑滚轮呈“八”字形分布。
优选的，所述惰性气体进管的外部设置有气管电磁阀，所述气管电磁阀、压力表均与主控制器电性连接，所述气管电磁阀的通断受主控制器控制，所述主控制器可对压力表的检测数据进行接收。
优选的，所述第一输送机构、第二输送机构均由两列驱动辊组成，所述驱动辊的中部固定安装有连接转轴，所述驱动辊通过连接转轴活动安装于安装基座的顶部，所述第一输送机构、第二输送机构的顶部均设置有第二传动机构。
优选的，所述驱动辊的外部开设有与硅棒配合的曲面，所述驱动辊由金属辊包裹耐高温橡胶制备。
优选的，所述第二传动机构以及第一传动机构均由同步齿轮以及同步齿带组成，所述同步齿带活动套装于同步齿轮的外部，所述第二传动机构中的同步齿轮与驱动辊固定连接，所述第一传动机构中的同步齿轮分别与第一输送机构、第二输送机构最内侧的连接转轴固定连接。
优选的，两组所述传动齿轮分别与第一输送机构中最右侧的两组驱动辊固定连接，两组所述传动齿轮的外沿相互啮合，所述伺服电机的输出轴与任一所述传动齿轮固定连接。
优选的，所述红外温度传感器与高频感应线圈之间的距离为20-80cm，所述红外温度传感器可对硅棒的表面温度进行检测，所述红外温度传感器与主控制器电性连接。
一种硅棒用高频线圈加热退火装置的退火方法，包括以下操作步骤：
S1、主控制器控制伺服电机带动输出轴上的传动齿轮转动，从而带动两组传动齿轮转动，通过第二传动机构传动，带动第一输送机构中的两列驱动辊转动，并通过第一传动机构传动，带动第二输送机构中的两列驱动辊转动，将硅棒放置在第一输送机构中部的输送支撑机构的顶部，由于驱动辊外部包裹有耐高温橡胶，驱动辊可对硅棒夹持，将硅棒输送至防护套管内部，当硅棒沿防护套管左侧移出时，通过第二输送机构对硅棒进行输送；
S2、当硅棒在防护套管内部移动时，通过高频感应线圈对硅棒进行高频加热，当硅棒沿防护套管内部移出时进行自然降温退火，在对硅棒加热时，主控制器控制气管电磁阀开启沿惰性气体进管向防护套管内部通入惰性气体，在硅棒加热时对硅棒进行保护；
S3、在硅棒加热时，通过压力表对防护套管内部压力进行检测，主控制器可根据压力数据控制气管电磁阀向防护套管内部注入惰性气体，保证对硅棒的防护效果；
S4、当硅棒加热后沿防护套管内部移出时，可通过红外温度传感器检测硅棒的温度，由于红外温度传感器与高频感应线圈之间的距离恒定，当红外温度传感器检测的温度出现变化时，主控制器可根据检测温度控制硅棒的移动速度，提高退火效果。
有益效果
本发明具备以下有益效果：
1、该硅棒用高频线圈加热退火装置及其退火方法，利用高频加热可对电导体加热的方式，设置位于高频感应线圈内部的防护套管，通过第一输送机构、第二输送机构带动硅棒在防护套管中移动，通过高频感应线圈对硅棒进行加热退火，消除硅棒中的应力，细化组织，改善切削加工性能，同时防护套管以及第一输送机构、第二输送机构等机构均采用非金属材质制备，最大限度的避免硅棒受到污染。
2、该硅棒用高频线圈加热退火装置及其退火方法，当硅棒在防护套管中移动进行加热时，通过两端的耐高温密封环对接触面进行密封，并沿惰性气体进管向防护套管内部通入保护气体，可保护硅棒在加热时不会氧化变性，同时通过压力表对防护套管内部压力进行检测，主控制器可根据压力数据控制气管电磁阀向防护套管内部注入惰性气体，保证对硅棒的防护效果。
3、该硅棒用高频线圈加热退火装置及其退火方法，通过在防护套管的两端分别设置第一输送机构、第二输送机构，可通过第一输送机构、第二输送机构交替对硅棒进行输送，可实现不间断对硅棒进行高频加热退火，提高工作效率，另外在硅棒加热后，可通过红外温度传感器检测硅棒的温度，主控制器可根据检测温度控制硅棒的移动速度，进而提高退火效果。
附图说明
图1为本发明整体组合后的结构示意图；
图2为本发明安装基座底部的结构示意图；
图3为本发明安装基座顶部的结构示意图；
图4为本发明第一输送机构与第二输送机构的结构示意图；
图5为本发明防护套管内部的结构示意图；
图6为本发明防护套管端部的结构示意图。
图中：1、安装基座；2、高频感应电源；3、高频感应线圈；4、防护套管；5、第一输送机构；51、连接转轴；52、驱动辊；53、第二传动机构；6、第二输送机构；7、输送支撑机构；8、第一传动机构；9、传动齿轮；10、伺服电机；11、龙门架；12、红外温度传感器；13、主控制器；14、惰性气体进管；15、气管电磁阀；16、压力表；17、耐高温密封环；18、辅助支撑滚轮；19、硅棒。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-6，一种硅棒用高频线圈加热退火装置，包括安装基座1，安装基座1顶部的后方放置有高频感应电源2，其特征在于：高频感应电源2的正面设置有高频感应线圈3，安装基座1的顶部固定安装有防护套管4，且防护套管4的中部活动套装有硅棒19，高频感应线圈3套装于防护套管4的外部，且高频感应线圈3可对防护套管4内部的硅棒19进行高频加热，防护套管4顶部的一端固定连接有惰性气体进管14、顶部的另一端固定安装有压力表16，当硅棒19在防护套管4中移动进行加热时，通过两端的耐高温密封环17对接触面进行密封，并沿惰性气体进管14向防护套管4内部通入保护气体，可保护硅棒19在加热时不会氧化变性，安装基座1的顶部设置有位于防护套管4一端的第一输送机构5、设置有位于防护套管4另一端的第二输送机构6，第一输送机构5、第二输送机构6可对硅棒19进行输送，安装基座1的底部设置有与第一输送机构5、第二输送机构6配合的第一传动机构8，安装基座1的底部设置有与第一输送机构5配合的两组传动齿轮9，安装基座1的底部固定安装有可为第一输送机构5、第二输送机构6提供动力的伺服电机10，通过第一输送机构5、第二输送机构6交替对硅棒19进行输送，可实现不间断对硅棒19进行高频加热退火，提高工作效率，安装基座1的顶部设置有位于第一输送机构5、第二输送机构6中间且均匀分布的输送支撑机构7，安装基座1的顶部固定安装有位于第二输送机构6外部的龙门架11，且龙门架11顶端的中部固定安装有红外温度传感器12，龙门架11的正面固定安装有主控制器13，利用高频加热可对电导体加热的方式，设置位于高频感应线圈3内部的防护套管4，通过第一输送机构5、第二输送机构6带动硅棒19在防护套管4中移动，通过高频感应线圈3对硅棒19进行加热退火，消除硅棒19中的应力。
防护套管4的两端均固定套装有耐高温密封环17，耐高温密封环17的内壁可与硅棒19的相抵，通过两端的耐高温密封环17对硅棒19的接触面进行密封，防止惰性气体大面积泄漏，防护套管4内侧的底部活动安装有两列辅助支撑滚轮18，通过辅助支撑滚轮18对硅棒19位置进行限制，从而对硅棒19与高频感应线圈3的距离进行限制，且两列辅助支撑滚轮18呈“八”字形分布，当硅棒19在防护套管4内部移动时，通过辅助支撑滚轮18对硅棒19进行支撑，保证了硅棒19移动时的稳定性。
惰性气体进管14的外部设置有气管电磁阀15，气管电磁阀15、压力表16均与主控制器13电性连接，气管电磁阀15的通断受主控制器13控制，主控制器13可控制气管电磁阀15，从而对惰性气体的通断以及流动速度进行控制，主控制器13可对压力表16的检测数据进行接收，通过压力表16对防护套管4内部压力进行检测，主控制器13可根据压力数据控制气管电磁阀15向防护套管4内部注入惰性气体，保证对硅棒19的防护效果。
第一输送机构5、第二输送机构6均由两列驱动辊52组成，驱动辊52的中部固定安装有连接转轴51，驱动辊52通过连接转轴51活动安装于安装基座1的顶部，第一输送机构5、第二输送机构6的顶部均设置有第二传动机构53，通过第二传动机构53进行传动，保证同一列的驱动辊52可同步转动，从而实现对硅棒19的输送，实现对硅棒19的高频加热退火。
驱动辊52的外部开设有与硅棒19配合的曲面，保证驱动辊52可与硅棒19充分接触，保证输送效果，驱动辊52由金属辊包裹耐高温橡胶制备，通过在驱动辊52外部设置橡胶，使驱动辊52可对硅棒19施加弹力，从而使驱动辊52可稳定带动硅棒19移动。
第二传动机构53以及第一传动机构8均由同步齿轮以及同步齿带组成，同步齿带活动套装于同步齿轮的外部，通过同步齿轮与同步齿带传动动力，保证传动效果，防止出现打滑现象，第二传动机构53中的同步齿轮与驱动辊52固定连接，第一传动机构8中的同步齿轮分别与第一输送机构5、第二输送机构6最内侧的连接转轴51固定连接，通过第一传动机构8传递动力，保证在第一输送机构5工作的同时，可带动第二输送机构6工作，实现对硅棒19的稳定输送。
两组传动齿轮9分别与第一输送机构5中最右侧的两组驱动辊52固定连接，两组传动齿轮9的外沿相互啮合，伺服电机10的输出轴与任一传动齿轮9固定连接，通过两组传动齿轮9传动，使伺服电机10可带动第一输送机构5中的两列驱动辊52转动，并通过第一传动机构8传动，可带动第二输送机构6中的两列驱动辊52转动，实现对硅棒19的稳定输送。
红外温度传感器12与高频感应线圈3之间的距离为20-80cm，红外温度传感器12可对硅棒19的表面温度进行检测，红外温度传感器12与主控制器13电性连接，在硅棒19加热后，可通过红外温度传感器12检测硅棒19的温度，主控制器13可根据检测温度控制硅棒19的移动速度，进而提高退火效果。
一种硅棒用高频线圈加热退火装置的退火方法，包括以下操作步骤：
S1、主控制器13控制伺服电机10带动输出轴上的传动齿轮9转动，从而带动两组传动齿轮9转动，通过第二传动机构53传动，带动第一输送机构5中的两列驱动辊52转动，并通过第一传动机构8传动，带动第二输送机构6中的两列驱动辊52转动，将硅棒19放置在第一输送机构5中部的输送支撑机构7的顶部，由于驱动辊52外部包裹有耐高温橡胶，驱动辊52可对硅棒19夹持，将硅棒19输送至防护套管4内部，当硅棒19沿防护套管4左侧移出时，通过第二输送机构6对硅棒19进行输送；
S2、当硅棒19在防护套管4内部移动时，通过高频感应线圈3对硅棒19进行高频加热，当硅棒19沿防护套管4内部移出时进行自然降温退火，在对硅棒19加热时，主控制器13控制气管电磁阀15开启沿惰性气体进管14向防护套管4内部通入惰性气体，在硅棒19加热时对硅棒19进行保护；
S3、在硅棒19加热时，通过压力表16对防护套管4内部压力进行检测，主控制器13可根据压力数据控制气管电磁阀15向防护套管4内部注入惰性气体，保证对硅棒19的防护效果；
S4、当硅棒19加热后沿防护套管4内部移出时，可通过红外温度传感器12检测硅棒19的温度，由于红外温度传感器12与高频感应线圈3之间的距离恒定，当红外温度传感器12检测的温度出现变化时，主控制器13可根据检测温度控制硅棒19的移动速度，提高退火效果。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种硅棒用高频线圈加热退火装置，包括安装基座（1），所述安装基座（1）顶部的后方放置有高频感应电源（2），其特征在于：所述高频感应电源（2）的正面设置有高频感应线圈（3），所述安装基座（1）的顶部固定安装有防护套管（4），且防护套管（4）的中部活动套装有硅棒（19），所述高频感应线圈（3）套装于防护套管（4）的外部，且高频感应线圈（3）可对防护套管（4）内部的硅棒（19）进行高频加热，所述防护套管（4）顶部的一端固定连接有惰性气体进管（14）、顶部的另一端固定安装有压力表（16），所述安装基座（1）的顶部设置有位于防护套管（4）一端的第一输送机构（5）、设置有位于防护套管（4）另一端的第二输送机构（6），所述第一输送机构（5）、第二输送机构（6）可对硅棒（19）进行输送，所述安装基座（1）的底部设置有与第一输送机构（5）、第二输送机构（6）配合的第一传动机构（8），所述安装基座（1）的底部设置有与第一输送机构（5）配合的两组传动齿轮（9），所述安装基座（1）的底部固定安装有可为第一输送机构（5）、第二输送机构（6）提供动力的伺服电机（10），所述安装基座（1）的顶部设置有位于第一输送机构（5）、第二输送机构（6）中间且均匀分布的输送支撑机构（7），所述安装基座（1）的顶部固定安装有位于第二输送机构（6）外部的龙门架（11），且龙门架（11）顶端的中部固定安装有红外温度传感器（12），所述龙门架（11）的正面固定安装有主控制器（13）。
2.根据权利要求1所述的一种硅棒用高频线圈加热退火装置，其特征在于：所述防护套管（4）的两端均固定套装有耐高温密封环（17），所述耐高温密封环（17）的内壁可与硅棒（19）的相抵，所述防护套管（4）内侧的底部活动安装有两列辅助支撑滚轮（18），且两列辅助支撑滚轮（18）呈“八”字形分布。
3.根据权利要求1所述的一种硅棒用高频线圈加热退火装置，其特征在于：所述惰性气体进管（14）的外部设置有气管电磁阀（15），所述气管电磁阀（15）、压力表（16）均与主控制器（13）电性连接，所述气管电磁阀（15）的通断受主控制器（13）控制，所述主控制器（13）可对压力表（16）的检测数据进行接收。
4.根据权利要求1所述的一种硅棒用高频线圈加热退火装置，其特征在于：所述第一输送机构（5）、第二输送机构（6）均由两列驱动辊（52）组成，所述驱动辊（52）的中部固定安装有连接转轴（51），所述驱动辊（52）通过连接转轴（51）活动安装于安装基座（1）的顶部，所述第一输送机构（5）、第二输送机构（6）的顶部均设置有第二传动机构（53）。
5.根据权利要求4所述的一种硅棒用高频线圈加热退火装置，其特征在于：所述驱动辊（52）的外部开设有与硅棒（19）配合的曲面，所述驱动辊（52）由金属辊包裹耐高温橡胶制备。
6.根据权利要求5所述的一种硅棒用高频线圈加热退火装置，其特征在于：所述第二传动机构（53）以及第一传动机构（8）均由同步齿轮以及同步齿带组成，所述同步齿带活动套装于同步齿轮的外部，所述第二传动机构（53）中的同步齿轮与驱动辊（52）固定连接，所述第一传动机构（8）中的同步齿轮分别与第一输送机构（5）、第二输送机构（6）最内侧的连接转轴（51）固定连接。
7.根据权利要求6所述的一种硅棒用高频线圈加热退火装置，其特征在于：两组所述传动齿轮（9）分别与第一输送机构（5）中最右侧的两组驱动辊（52）固定连接，两组所述传动齿轮（9）的外沿相互啮合，所述伺服电机（10）的输出轴与任一所述传动齿轮（9）固定连接。
8.根据权利要求1所述的一种硅棒用高频线圈加热退火装置，其特征在于：所述红外温度传感器（12）与高频感应线圈（3）之间的距离为20-80cm，所述红外温度传感器（12）可对硅棒（19）的表面温度进行检测，所述红外温度传感器（12）与主控制器（13）电性连接。
9.根据权利要求1-8任意所述的一种硅棒用高频线圈加热退火装置的退火方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
S1、主控制器（13）控制伺服电机（10）带动输出轴上的传动齿轮（9）转动，从而带动两组传动齿轮（9）转动，通过第二传动机构（53）传动，带动第一输送机构（5）中的两列驱动辊（52）转动，并通过第一传动机构（8）传动，带动第二输送机构（6）中的两列驱动辊（52）转动，将硅棒（19）放置在第一输送机构（5）中部的输送支撑机构（7）的顶部，由于驱动辊（52）外部包裹有耐高温橡胶，驱动辊（52）可对硅棒（19）夹持，将硅棒（19）输送至防护套管（4）内部，当硅棒（19）沿防护套管（4）左侧移出时，通过第二输送机构（6）对硅棒（19）进行输送；
S2、当硅棒（19）在防护套管（4）内部移动时，通过高频感应线圈（3）对硅棒（19）进行高频加热，当硅棒（19）沿防护套管（4）内部移出时进行自然降温退火，在对硅棒（19）加热时，主控制器（13）控制气管电磁阀（15）开启沿惰性气体进管（14）向防护套管（4）内部通入惰性气体，在硅棒（19）加热时对硅棒（19）进行保护；
S3、在硅棒（19）加热时，通过压力表（16）对防护套管（4）内部压力进行检测，主控制器（13）可根据压力数据控制气管电磁阀（15）向防护套管（4）内部注入惰性气体，保证对硅棒（19）的防护效果；
S4、当硅棒（19）加热后沿防护套管（4）内部移出时，可通过红外温度传感器（12）检测硅棒（19）的温度，由于红外温度传感器（12）与高频感应线圈（3）之间的距离恒定，当红外温度传感器（12）检测的温度出现变化时，主控制器（13）可根据检测温度控制硅棒（19）的移动速度，提高退火效果。
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