CN207418910U - 一种单晶炉停炉慢散热装置 - Google Patents

Abstract

一种单晶炉停炉慢散热控制装置，包括由基台、坩埚旋转提升机构、垂直伸缩台和位移传感器构成的坩埚位移调控单元，由主加热器、副加热器、主电极、副电极和电路控制器构成的热调控单元和用于调控坩埚位移调控单元和热调控单元协调工作的自动化调控装置。本实用新型通过热调控单元在停炉过程中保持部分加热功率，使坩埚内剩余熔液缓慢向上挤压生长，避免骤冷引起的晶体体积无序膨胀，有利于保护石英坩埚，延长其使用寿命。同时，配合坩埚位移调控单元对埚位的下调，以避免埚内余液形成的晶体结构对单晶棒成品的破坏。

Description

一种单晶炉停炉慢散热装置

技术领域

本实用新型涉及单晶炉停炉工艺技术领域，尤其涉及一种单晶炉停炉慢散热装置。

背景技术

直拉法制备单晶硅工艺中，在石英坩埚内熔融的硅溶液中插入一定晶向的籽晶，通过引细晶消除原生位错，利用结晶前沿的过冷度驱动硅原子按顺序排列在固液界面的硅固体上，形成单晶。采用直拉法生产的单晶棒为避免末端因热应力产生位错排和滑移线等缺陷，须采用收尾工艺，使晶棒末端直径缩小至呈尖点后再与液面分离。因此，单晶炉在停炉时，坩埚内仍存有部分剩余熔液。若采用普通停炉操作，直接关闭加热器，导致炉内温度骤降，使熔体在坩埚内迅速长晶膨胀，严重时，可至石英埚底部撑破，造成漏硅等生产事故。

实用新型内容

本实用新型提供一种单晶炉停炉慢散热装置，以解决上述现有技术不足。通过热调控单元在停炉过程中保持部分加热功率，使坩埚内剩余熔液缓慢向上挤压生长，避免骤冷引起的晶体体积无序膨胀，有利于保护石英坩埚，延长其使用寿命。同时，配合坩埚位移调控单元对埚位的下调，以避免埚内余液形成的晶体结构对单晶棒成品的破坏。

为了实现本实用新型的目的，拟采用以下技术：

一种单晶炉停炉慢散热装置，其特征在于，包括坩埚位移调控单元、热调控单元和自动化调控装置；所述坩埚位移调控单元包括基台、坩埚旋转提升机构、垂直伸缩台和位移传感器，炉体固定设置于所述基台表面，所述炉体内坩埚托杆贯穿所述基台与固定设置于所述垂直伸缩台表面的所述坩埚旋转提升机构相连，所述位移传感器设置于所述垂直伸缩台底部；所述热调控单元包括主加热器、副加热器、主电极、副电极和电路控制器，所述主加热器和所述副加热器分别固设有与所述电路控制器相连的所述主电极和所述副电极，所述主加热器和所述副加热器呈圆筒状排列围设于所述坩埚托杆外侧的所述炉体内；所述自动化调控装置分别与所述垂直伸缩台、所述位移传感器和所述电路控制器相连。

进一步，所述坩埚托杆中轴线、所述坩埚旋转提升机构驱动位点和所述垂直伸缩台中心位于同一轴线上。

进一步，所述基台台面采用水泥隔离台面。

进一步，所述垂直伸缩台采用固定式液压升降平台。

进一步，所述位移传感器采用电感式线性位移传感器。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型通过热调控单元在停炉过程中保持部分加热功率，使坩埚内剩余熔液缓慢向上挤压生长，避免骤冷引起的晶体体积无序膨胀，有利于保护石英坩埚，延长其使用寿命。

2、本实用新型通过坩埚位移调控单元对埚位的下调，配合热调控单元对埚内余液长晶的导向，以避免埚内余液形成的晶体结构对单晶棒成品的破坏。

3、本实用新型采用自动化调控装置根据坩埚位移调控单元中位移传感器的数据自动开启热调控单元对单晶炉内加热功率进行调控，自动化程度高，有利于避免误操作对成品单晶棒的影响。

附图说明

图1示出了本实用新型结构示意图。

图2示出了本实用新型热调控单元部分组件在炉体内的俯视结构示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，一种单晶炉停炉慢散热装置，包括坩埚位移调控单元10、热调控单元20和自动化调控装置30。所述热调控单元20具有调控电极加热功率的能力，能够在停炉冷却的起始阶段采用降低加热功率的方式，避免现有停炉工艺直接切断加热器而使炉内温度骤降，而引起埚内剩余液体迅速长晶膨胀，进而对石英坩埚产生破坏的不利影响。所述坩埚位移调控单元10在保证良好的旋转提升能力的基础上，增设了对埚位进行较大下降调控的能力，以便配合所述热调控单元20对埚内余液向上长晶的导向，避免余液晶体对单晶棒成品的破碎。所述自动化调控装置30采用现有技术方案，具有传感数据分析、开关动作控制、倒计时动作调控等功能，能够根据所述坩埚位移调控单元10对埚位的调控情况开启所述热调控单元20对单晶炉内加热功率进行调控，程序化调控，避免人员误操作对成品单晶棒的不利影响。

所述坩埚位移调控单元10包括基台1、坩埚旋转提升机构2、垂直伸缩台3和位移传感器4。所述基台1和所述坩埚旋转提升机构2的结构及连接方式可采用现有技术方案，所述基台1用于为单晶炉提供水平支撑、固定面。单晶炉炉体9内坩埚托杆91贯穿所述基台1与所述坩埚旋转提升机构2连接后，带动所述炉体9内石英坩埚在拉晶过程中进行相应的埚位变化和旋转。所述坩埚旋转提升机构2对所述坩埚托杆91进行精密调控，所产生的埚位改变幅度较小。将所述坩埚旋转提升机构2固定设置于所述垂直伸缩台3表面后，通过所述垂直伸缩台3的带动以增大所述坩埚托杆91对埚位的调控幅度，从而为石英坩埚内剩余熔液冷却结晶提供足够的空间，避免余液洁净碰触单晶棒成品。所述位移传感器4设置于所述垂直伸缩台3底部，并与所述自动化调控装置30相连通，用于测定所述垂直伸缩台3的下降高度，并将监测数据传输至所述自动化调控装置30，用以调控所述垂直伸缩台3的最终收缩状态和控制所述热调控单元20的工作状体。

所述热调控单元20包括主加热器51、副加热器52、主电极61、副电极62和电路控制器7。所述主加热器51和所述副加热器52分别固设有与所述电路控制器7相连的所述主电极61和所述副电极62。将原有整体加热器分拆为两部分，使所述主加热器51具有较多数量的加热片，并通过所述主电极61供能加热，以具有较大的加热功率；所述副加热器52具有较少数量的加热片，并通过所述副电极62供能加热，以具有较小的加热功率。通过所述电路控制器7对所述主电极61和所述副电极62的通断调控，能够简便的实现对所述炉体9内加热功率调控。所述主加热器51和所述副加热器52呈圆筒状排列围设于所述坩埚托杆91外侧的所述炉体9内。当所述主电极61和所述副电极62同时连通时，所述主加热器51和所述副加热器52同时加热，加热功率最大，为所述炉体9内正常拉晶提供适宜温度。停炉操作开始后，切断所述主电极61后，保留所述副电极62为所述副加热器52供能，以较小的加热功率，缓慢降低所述炉体9内温度，促使石英坩埚内余液向上挤压结晶，从而避免无序结晶产生的石英坩埚破坏。所述电路控制器7也与所述自动化调控装置30连通，从而实现对所述炉体9内加热功率的自动化调控。

所述坩埚托杆91中轴线、所述坩埚旋转提升机构2驱动位点和所述垂直伸缩台3中心位于同一轴线上。以便保证所述坩埚托杆91顺利调控石英坩埚埚位。

所述基台1台面采用水泥隔离台面。充分隔离所述炉体9和所述坩埚旋转提升机构2，避免炉内高温对所述坩埚旋转提升机构2的调控影响。

所述垂直伸缩台3采用固定式液压升降平台。保证平稳垂直升降，保证所述坩埚托杆91对埚位的调整。

所述位移传感器4采用电感式线性位移传感器。测量精度高，稳定性高。

结合实施例阐述本实用新型具体实施方式如下：

将所述加热器51、所述副加热器52呈圆筒状组装入所述炉体9内，对应连接所述主电极61和所述副电极62。按照单晶炉操作规范将坩埚托盘和坩埚依次固定于所述坩埚托杆91顶部，并完成其他器件组装后进行拉晶生产。

对单晶棒完成收尾后，启动所述自动化调控装置30调控所述垂直伸缩台3带动所述坩埚旋转提升机构2和所述坩埚托杆91垂直下行。所述位移传感器4监测所述垂直伸缩台3下行行程，并将数据回传至所述自动化调控装置30，直至到达设定值（200mm）后，所述自动化调控装置30调控所述垂直伸缩台3停止收缩。此时，所述炉体9内石英坩埚埚位大约为210mm~220mm，大于坩埚余液能够生成的结晶高度。

Claims (5)

1.一种单晶炉停炉慢散热控制装置，其特征在于，包括坩埚位移调控单元（10）、热调控单元（20）和自动化调控装置（30）；

所述坩埚位移调控单元（10）包括基台（1）、坩埚旋转提升机构（2）、垂直伸缩台（3）和位移传感器（4），炉体（9）固定设置于所述基台（1）表面，所述炉体（9）内坩埚托杆（91）贯穿所述基台（1）与固定设置于所述垂直伸缩台（3）表面的所述坩埚旋转提升机构（2）相连，所述位移传感器（4）设置于所述垂直伸缩台（3）底部；

所述热调控单元（20）包括主加热器（51）、副加热器（52）、主电极（61）、副电极（62）和电路控制器（7），所述主加热器（51）和所述副加热器（52）分别固设有与所述电路控制器（7）相连的所述主电极（61）和所述副电极（62），所述主加热器（51）和所述副加热器（52）呈圆筒状排列围设于所述坩埚托杆（91）外侧的所述炉体（9）内；

所述自动化调控装置（30）分别与所述位移传感器（4）和所述电路控制器（7）相连。

2.根据权利要求1所述的一种单晶炉停炉慢散热控制装置，其特征在于，所述坩埚托杆（91）中轴线、所述坩埚旋转提升机构（2）驱动位点和所述垂直伸缩台（3）中心位于同一轴线上。

3.根据权利要求1所述的一种单晶炉停炉慢散热控制装置，其特征在于，所述基台（1）台面采用水泥隔离台面。

4.根据权利要求1所述的一种单晶炉停炉慢散热控制装置，其特征在于，所述垂直伸缩台（3）采用固定式液压升降平台。

5.根据权利要求1所述的一种单晶炉停炉慢散热控制装置，其特征在于，所述位移传感器（4）采用电感式线性位移传感器。