CN201195762Y - 一种直拉晶体生长炉的拆装机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及直拉硅单晶棒生长炉子中热系统安装和拆除的一种快速拆装装置。一种直拉晶体生长炉的拆装机构，包括下炉筒(14)及由包括下石墨保温罩、软毡或固化毡组成的下保温层(13)，中炉筒(10)及由包括中石墨保温罩和软毡或固化毡组成的中保温层(6)，其特征在于，在中炉筒(10)的下边缘向炉内设置至少三块水平托板(12)，托板(12)支托一圆环状托盘(11)，托盘(11)界于下炉筒(14)内部的下保温层(13)和中炉筒(10)内部的中保温层(6)之间。本实用新型提供了一种直拉晶体生长炉内热系统快速拆装的装置和方法，改变了国内外现有技术方案，提高了单晶炉生产效率和降低了操作者的工作强度，具有显著的经济效益和技术先进性。

Description

一种直拉晶体生长炉的拆装机构

(一)技术领域

本实用新型系坩埚法生长晶体炉子装置的改进机构，更具体地说是直拉硅单晶棒生长炉子中热系统安装和拆除的一种拆装装置。

(二)背景技术

公知，单晶生长的工艺炉的结构为自下而上依次是炉体支架、坩埚轴传动升降部分、炉底板、下炉筒、中炉筒和炉盖，炉盖上方设置可容纳生长出晶体的副室，副室上方是晶体提拉和旋转机构，籽晶轴、重锤、籽晶夹头和籽晶从副室上方中心可一直下降到与石英坩埚内硅熔体接触，通过温度和各种控制，使硅熔体定向在籽晶下结晶并不断长大，达到晶体生长的目的。

热系统是晶体生长炉中核心部件，它主要包括三大部份，安装在炉底两电极柱上的石墨电阻加热器为硅料熔化和晶体生长提供热量，其二是安装在加热器中间的石墨坩埚托(用于承放装有固体硅料的石英坩埚)及连接炉底坩埚轴的连杆和坩埚托盘，其三是提供保温及形成晶体生长所需的各部位、方向的温度梯度器件。保温器件材料主要分两大类，一类是内层保温器件需要材料耐高温、致密、有强度，通常采用高纯石墨、碳碳纤维或表面进行过气相沉积的梯度保温材料，另一类是在内保温层外面的热导率很低的保温材料，主要有石墨软毡、固化毡。保温器件的分布有炉底石墨保温底板及下面软毡或固化毡保温层、下炉体石墨下保温罩及外面的石墨软毡或固化毡保温层、加热器四周的石墨中保温层及外面的石墨软毡或固化毡保温层、加热器上方有上保温罩及外面的石墨软毡或固化毡保温层、在上保温罩上面有保温盖及呈下漏斗形的热屏。

在一炉硅单晶生长结束后需将晶体升至副室内，用机械方式提起副室，并向左旋出后取出晶体。

在取出晶体后，需拆除炉筒内热系统，特别是中炉筒内的保温盖、热屏、上保温罩、中保温罩及外面的软毡或固化毡等部件并进行工艺清洗工作，尤其是清洁下炉筒底部的碎屑杂质及抽气管道内的氧化挥发物，然后再重新安装热系统、再将多晶原料装进石英坩埚后合上炉筒、炉盖、副室并抽空进行新一炉拉晶程序。中炉筒提升并需要转出，由于升起高度限制，必须先将保温盖、热屏、上保温层等先取出来。

其主要步骤一般如下：将晶体升至付室后提起付室，向左旋出后取出晶体。升起炉盖向左转出。取出热屏、保温盖、上保温罩及外面的软毡或固化毡等。吊升起中炉筒向右转出，再取出设置在加热器四周的石墨中保温罩及外面软毡或固化毡层，检查加热器电极接触是否良好并请洗加热器外表的氧化物，定期拆下加热器进行大清理，对下炉筒各部位和排气口进行工艺清洁工作，对取出的上、中保温罩及保温盖也需进行工艺清洁工作。清理工作结束后，按顺序自下而上装热系统，要求坩埚托、加热器、保温罩保持很好的同心度，达到热场均匀性目的。

其生产工艺流程为：拆炉清洗炉子-装炉-抽空(充一定量的氩气，炉内压力保持1000-2000Pa)-化料-稳定-晶体生长-停炉

随着技术进步和性能优良的保温材料广泛应用，热系统的保温性能越来越好，晶体生长的功率大幅下降，但同时炉子冷却需要时间也越来越长(硅熔液结晶温度是1420度，加热器温度不小于1500度，化料时温度应还要高)，为了提高生产效率，一般在石墨器件和保温材料在耐氧化极限温度范围内，放气至大气压打开炉子(目前停炉5-6小时，炉内温度约在400度-350度左右)，由于热系统很好的保温效果，即使在空气中冷却到可操作温度也还需要不少时间，一般情况下，打开炉子等待一段时间后，操作工还将冒很高温度先将上部石墨器件，包括保温盖、热屏、上保温罩等先取出，然后升起中炉筒转出，再把石墨中保温罩及外面保温石墨毡或固化毡一起抬起取出(20英寸热系统的中保温罩及石墨毡重二十几公斤)，待冷却一段时间后再进行工艺清洗，然后进行安装热场，将中保温罩安装在下保温罩上，升起中炉筒转入到下炉体上方并下降到下炉体法兰，此时还要调正保温罩方位，将保温罩测温孔对准炉子上测温仪位置，以上这些工作费时、费力，安装要求高，要在很高的温度中操作调试，工作条件差，对人体损害大，而且还会影响安装装配质量，影响下一炉的产品质量。

经调查和检索，国内外此类设备的结构和更换、清理的方法、过程概莫能外。

生产实践需要一种改良装置，能方便简洁地拆卸炉筒内热系统和对各部位的清理活动，减少拆卸过程中由于对炉筒内部热系统部件冷却所需等待的时间，节约能耗，提高工作效率。

(三)实用新型内容

本实用新型的目的拟提供一种直拉晶体生长炉的快速拆装装置，能方便拆卸移出炉筒内主要保温部件，加快拆卸、冷却、清理步骤。

本实用新型的目的是如此来实现的。

一种直拉晶体生长炉的拆装机构，包括下炉筒及由包括下石墨保温罩、软毡或固化毡组成的下保温层，中炉筒及由包括中石墨保温罩和软毡或固化毡组成的中保温层，其特征在于，在中炉筒的下边缘向炉内设置至少三块水平托板，托板支托一圆环状托盘，托盘界于下炉筒内部的下保温层和中炉筒内部的中保温层之间。

所述的托板呈L形板状结构，其直板与中炉筒内壁固定连接，其横板支托圆环状托盘。

所述托盘的外圈下部，与托板支托接触段有一圈托板定位台阶。

所述托板为四块。

所述托板为不锈钢材料。

所述托盘的内圈下部，与下保温层接触段有一圈向下凸起的V形突缘，在下保温层相应位置有一圈凹陷的V形定位凹槽。

所述托盘选用碳纤维复合材料。碳纤维复合材料为一种梯度保温材料，其特征是外表面经气相沉积，致密度高而有很好的强度，足以支撑起几十公斤上、中保温层、保温盖、热屏等重量，又由于该梯度保温材料的中间的密度较小，有很低的热导率而具有良好的保温性能。

采用本技术方案，先将晶体升至副室后提起副室，向左旋出后取出晶体，升起炉盖向左转出。通过中炉筒下端四个托板在中炉筒升起时也将搁置在托板上的托盘，连同托盘上面由中石墨保温罩及外面的软毡或固化毡组成的中保温层、上石墨保温罩及外面的软毡或固化毡组成的上保温层及保温盖、热屏等同时升起。位于中间的加热器暴露在外，周围已没有任何保温材料和部件的阻挡，能较快地冷却，使得操作人员能较快，并且在较适宜的温度环境中进行比较规范、从容的清理工作。在做工艺清洗工作时，中炉筒内部的中保温层无需拿出，可直接在炉筒内进行清洁工作，大大提高了效事率。而清理工作结束后，在重新安装时，也只须将中炉筒下降到位时，圆环托盘内端下凸的V形突缘自然地落入下保温罩相应一圈凹陷的V形定位凹槽内，确保所有装配精确无误，保证了热系统的同心度，托板继续下沉脱离了托盘，中炉筒以及固定其上的托板与内部由托盘支撑的中保温层完全分离，保证了双方的独立性和内部的稳定性，并且由于托盘与金属托板脱离而完全阻断了相互之间的热传导，起到了很好的保温效果，整个安装工作完毕。

托盘与托板处有定位配合，也保证了从升起到清理后的重新安装全过程始终处于精确的相对位置控制中。

本实用新型的主要优点和有益效果是，1.在炉子拆时，通过中炉筒升起托板将加热器周围及上部的保温系统全部升起脱离加热器，加快了拆卸速度和工作效率。2.在装炉时中炉筒下降到位时托板脱离托盘，通过双重定位保温罩准确安装到位，使热系统没有一点间隙达到保温好的效果。3.采用既有强度又有低的导热率碳纤维复合材料制作托盘达到了保温和托起保温系统的作用。4.本实用新型提高了生产效率和装炉质量，降低了劳动强度，增加了石墨器件和保温材料的使用寿命。5.经实际制作后测试，增加本装置，18英寸及以上的热糸统只需—人就能完成全部装拆炉操作，而原来就需要两个人来完成。由于大大缩短了炉子冷却和拆装的时间，20英寸坩埚热系统从每月拉14炉单晶提高到15炉，每炉月产量增加了70公斤，产值增加21万，按一个中型企业拥有50余台该直拉晶体生长炉在采用本技术方案后，一个月就能多生产3500公斤，产值坛加1050万，按百分之十的利润率计算，每月坛加利润达105万，另外采用梯度保温材料与石墨材料相比每炉每小时节电10度，以每炉加热35小时计算，每一台每炉节电350度电，每月每台节电5250度电，按50台炉子计算每月节电26.25万度电，价值达16多万元，创造了极高的经济价值。综上所述，本实用新型改变了国内外现有传统的技术方案，填补在该领域、该技术方面的国内外空白，具有很显著的经济效益和突出的技术先进性。

(四)附图说明

图1是现有技术直拉晶体生长炉的配置图；

图2是从直拉晶体生长炉中将晶体升至副室后提起副室的状态图；

图3是从直拉晶体生长炉的炉盖部件图；

图4是从直拉晶体生长炉的中炉筒部件图；

图5是从直拉晶体生长炉中将中炉筒提起后的状态图；

图6是从直拉晶体生长炉中将中炉筒内的保温层去除后的状态图；

图7是本实用新型直拉晶体生长炉的拆装机构局部放大图；

图8是本实用新型直拉晶体生长炉的拆装机构与加热炉的整体配置图；

图9是本实用新型直拉晶体生长炉的拆装机构在提起中炉筒的同时一并提起炉筒中保温层的状态图；

图10是本实用新型直拉晶体生长炉的拆装机构的配置图。

图中，1是副室，2是籽晶夹头，3是炉盖，4档圈，5是热屏，6是中保温层，7测温孔，8石墨坩埚，9加热器，10中炉筒，11托盘，12托板，13下保温层，14下炉筒，15是反射板，16是下炉筒底部保温层，17坩埚连杆，18保温盖，19上保温层，20石英坩埚，G是晶体。

(五)具体实施方式，

下面结合附图，对本实用新型作进一步说明。

一种直拉晶体生长加热炉的拆装装置，在中炉筒10的下边缘向炉内设置至少三块水平托板12，托板12支托一圆环状托盘11，托盘11界于下炉筒14内部的下保温层13和中炉筒10内部的中保温层6之间。托板12呈L形板状结构，其直立板与中炉筒10内壁固定连接，其横板支托圆环状托盘11。托盘11的外圈下部，与托板12支托接触段有一圈托板12定位的台阶。托板12为四块。托盘11的内圈下部，与下保温层13接触段有一圈向下凸起的V形突缘，在下保温层13相应位置有一圈凹陷的V形定位凹槽，托盘11选用碳纤维复合材料。

采用本技术方案，先将晶体G升至副室1后提起副室1，向左旋出后取出晶体G，升起炉盖3向左转出。通过中炉筒10下端三个托板12在中炉筒10升起时也将搁置在托板12上方的托盘11，连同托盘11上面由中石墨保温罩及包在外面的软毡或固化毡组成的中保温层6一起升起，以及再上面的热屏5、挡圈4、保温盖、上石墨保温罩及包在外面的软毡或固化毡组成的上保温层也能同时升起。位于中间的加热器9暴露在外，周围已没有任何保温材料和部件的阻挡，能较快地冷却，使得操作人员能较快，并且在较适宜的温度环境中进行比较规范、从容的清理工作。在做工艺清洗工作时，中炉筒10内部的中保温层6可直接在里面做工艺清洁工作无需拿出，工艺操作简化。而清理工作结束后，在重新安装时也只须将中炉筒10下降到位时，圆环托盘11内端下凸的V形突缘自然地落入下保温层13相应一圈凹陷的V形定位凹槽内，确保所有装配精确无误，保证了热系统的同心度，托板12继续下沉脱离了托盘11，中炉筒10以及固定其上的托板12与内部由托盘11支撑的中保温层6完全分离，保证了双方的独立性和内部的稳定性，整个安装工作完毕。托盘11与托板12处有定位配合，也保证了从升起到清理后的重新安装全过程始终处于精确的相对位置控制中。

Claims (7)

1.一种直拉晶体生长炉的拆装机构，包括下炉筒(14)及由包括下石墨保温罩、软毡或固化毡组成的下保温层(13)，中炉筒(10)及由包括中石墨保温罩和软毡或固化毡组成的中保温层(6)，其特征在于，在中炉筒(10)的下边缘向炉内设置至少三块水平托板(12)，托板(12)支托一圆环状托盘(11)，托盘(11)界于下炉筒(14)内部的下保温层(13)和中炉筒(10)内部的中保温层(6)之间。

2.根据权利要求1所述直拉晶体生长炉的拆装机构，其特征在于所述的托板(12)呈L形板状结构，其直板与中炉筒(10)内壁固定连接，其横板支托圆环状托盘(11)。

3.根据权利要求1或2所述直拉晶体生长炉的拆装机构，其特征在于所述托板(12)为四块。

4.根据权利要求1所述直拉晶体生长炉的拆装机构，其特征在于所述托板(12)为不锈钢材料。

5.根据权利要求1所述直拉晶体生长炉的拆装机构，其特征在于所述托盘(11)的外圈下部，与托板(12)支托接触段有一圈托板(12)定位台阶。

6.根据权利要求1所述直拉晶体生长炉的拆装机构，其特征在于所述托盘(11)的内圈下部，与下保温层(13)接触段有一圈向下凸起的V形突缘，在下保温层(13)相应位置有一圈凹陷的V形定位凹槽。

7.根据权利要求1所述直拉晶体生长炉的拆装机构，其特征在于所述托盘(11)选用碳纤维复合材料。

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