TW201439387A - 用於從反應器中移出多晶矽棒之裝置與方法 - Google Patents

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Abstract

本發明關於一種用於從反應器中移出多晶矽棒的方法，其中該反應器包含U形棒對，其中U形棒對中的一對被具有外壁和內壁的本體完全包封，且該本體以及由此包封的棒對係經由升降機、電纜絞盤或抓拾器而從該反應器中移出。

Description

用於從反應器中移出多晶矽棒之裝置與方法
本發明關於一種用於從反應器中移出多晶矽棒的裝置和方法。
高純度多晶矽被用作通過柴可斯基法(Czochralski，CZ)或區域熔化法(zone melting，FZ)來生產用於半導體之單晶矽的原料、以及用於通過生產光電太陽能電池用的各種拉製和鑄造方法生產單晶矽或多晶矽的原料。
多晶矽通常通過西門子法(Siemens process)生產。在此處理中，將包含一或多種含矽組分和視需要存在的氫氣的反應氣引入包含經直接通電加熱的基材的反應器中，其中矽係以固體形式沉積在基材上。較佳使用的含矽組分是矽烷(SiH4)、一氯甲硅烷(SiH3Cl)、二氯矽烷(SiH2Cl2)、三氯矽烷(SiHCl3)、四氯矽烷(SiCl4)或該等物質的混合物。
西門子法通常在沉積反應器(也稱為『西門子反應器』)中進行。在最常見的實施態樣中，該反應器包括金屬底板和可冷卻的鐘件(bell)，該可冷卻的鐘件位於底板上，使得在該鐘件 內部形成一反應空間。該底板設有一或多個進氣開口和一或多個排氣開口用於排出反應氣、以及支架，用該支架使基材保持在反應空間內，並供應電力。
各基材通常由二個細絲棒和一在一般相鄰棒之自由端處連接該等相鄰棒的橋所組成。絲棒垂直插入設置在反應器底部上的電極內，經由該電極連接電源。在加熱絲棒和水平橋上沉積高純度多晶矽，其直徑因此隨著時間而增加。在達到所需的直徑之後，終止該處理。
在該方法中，可獲得可能高幾公尺且重幾百公斤的U形矽棒。對於盡可能經濟的處理而言，必須沉積至最大的棒直徑。
從反應器中移出非常大且重的棒是個難題。此移出應盡可能低污染和盡可能經濟地進行，也就是說，應與反應器的最少閒置時間(idle time)有關。應該也要可以移出傾斜的、不均勻形狀的(例如橢圓型、棍棒型，也就是說在棒高度上具有變化的棒直徑)的棒或彼此安全觸碰的棒。
US 20120237678 A1公開了一種用於移出多晶矽棒的裝置，其包含具有外壁的本體，該本體具有的尺寸使得該棒被外壁包封，其中各外壁含有一個門，使得允許可觸及至少一個棒。在一個較佳的實施態樣中，該內壁內襯有聚合物以防止污染多晶矽棒。
US 20100043972 A1公開了另一種用於移出多晶矽棒的裝置，其包括壁，該壁具有內壁、外壁和內壁與外壁之間的 多個連接件、以及內壁和外壁之間的間隙、外壁中的出入視窗(access window)、底板和底板上的多個觸點，其中內壁和外壁是圓柱形且同心的，該間隙的大小為得以容納位於底板的觸點上的多個矽棒，其中出入視窗的構成使得矽棒的出入成為可能。棒可以經由出入視窗被抽出。
上述裝置的缺點在於，在棒傾斜站立的情況下，或在部分分批掉落的情形下(並非偶爾發生)，不可能使用該裝置。因此，該裝置對多晶矽的經濟生產不太實用。
DE 10 2009 027 830 B3中所請求保護的用於從反應器中抽出多晶矽棒的方法也有此問題，其中使用基於校準點的電腦控制識別方法的剛性和自動化引導在打開的反應器上方操作，並且經由機械或氣動夾持裝置抓取棒對，隨後再將這些棒對放入運輸裝置。
JP 63296840 A公開了一種用於從沉積反應器中移出矽棒的裝置，其中使用夾具固定單個棒對，並且在側面從反應器中將其抬出。
JP 2002210355 A同樣公開了一種用於移出矽棒的裝置，其包括可三維移動的臂，在該臂的末端安裝有夾持裝置，用該夾持裝置可將矽棒抬出反應器。
這二個裝置的缺點在於，該棒僅可從完全打開的反應器中從外部向內抽出。使用該裝置不可能實現選定矽棒的目的性移出，例如有時希望從內棒圈(internal rod circle)移出。
US 20120175613 A1公開一種用於生產多晶矽片的方法，其由以下組成：通過在絲線上沉積矽以生產多晶矽棒的CVD處理，該絲線一端連接至第一電極，且其另一端連接至第二電極；用於從反應器中抽出多晶矽棒的處理；和將矽棒粉碎成矽片的處理，其中，在粉碎處理之前，從多晶矽棒的電極端移除至少70毫米(縮短處理(foot shortening process))。在一個較佳的實施態樣中，在從反應器中移出之前，多晶矽棒的表面由聚乙烯製成的袋狀片覆蓋。該抽出本身可以經由升降機等進行。關於經由已知裝置移出棒的上述問題，US 20120175613 A1並未指示解決方法或建議。
本發明的目的來自上述問題。
本發明關於一種用於從包含U形棒對的反應器中移出多晶矽棒的裝置，其包含一具有外壁和內壁的本體，該本體具有的尺寸使其可完全包封U形棒對，其中具有由此包封的U形棒對的本體係與一升降機(crane)、一電纜絞盤(cable hoist)或一抓拾器(gripper)相互作用，使得該本體可以與U形棒對一起從反應器中移出。
已發現這種裝置的使用對反應器中的其他棒對不造成影響。
本發明還關於一種用於從反應器中移出多晶矽棒的方法，其中該反應器包含U形棒對，其中U形棒對中的一對係被一 具有外壁和內壁的本體完全包封，且該本體和由此包封的棒對係藉由一升降機、一電纜絞盤或一抓拾器而從該反應器中移出。
該本體之尺寸較佳係使其長度至少相當於豎直的棒對高度。
較佳地，其長度為至少2.5公尺。
其寬度較佳至少是U形矽棒對(矽橋+棒直徑)的寬度。
較佳地，其寬度為至少200毫米，特別較佳為至少300毫米。
已發現，當該本體相對於其最大寬度和深度而佈置，使得與相鄰棒對的距離為最少1公分時，可以確保特別安全和低污染的矽棒移出。
由此，即使長彎或高度棍棒型的棒也可以被移出。
可以毫無問題地移出不穩定的多晶矽棒(例如具有高『爆米花部分(popcorn fraction)』，即高表面粗糙度，或由於矽棒上的凸起(jump)所致的不穩定性)。尤其，在此沒有整批或單獨棒對可能掉落的危險。
因為棒移出是成對進行的，所以各矽棒對可以在任何理想的時間點被移出。尤其是可以從內向外移出，這是先前技術的裝置所不能提供的。
選定棒對的目的性移出不會造成任何困難。
較佳地，該本體具有由鋼製成的內壁。本體的內壁可以由聚合物塗覆。
較佳地，該本體由鋼構成，即包含一鋼殼。
特別較佳實施態樣為提供具有未塗覆的鋼內壁的本體，其中矽棒對在移出期間由塑膠袋覆蓋。
當鋼壁盡可能薄時，該實施態樣特別節省空間。
在這種情況下不需要塗覆鋼內壁，因為塑膠袋保護矽免受污染。
作為與塑膠袋結合的未塗覆鋼壁的替代形式，特別較佳的實施態樣為在低污染的硬金屬(如碳化鎢、一氧化氮等)或低磨損陶瓷中的本體。
還較佳使用包含鋼內壁的本體，其中本體的內壁用這種低污染的硬金屬、或用低磨損陶瓷部分或完全地塗覆。
同樣較佳的是由撓性且穩定的塑膠構成的本體。在此可能的塑膠是由芳族聚醯胺(醯胺纖維)或聚酯，例如聚碳酸酯和聚對苯二甲酸乙二酯製成的纖維複合塑膠。同樣地，可使用由碳或碳組分或玻璃纖維強化塑膠(GRP)。
該矽棒對本身可以藉助升降機、電纜絞盤或類似系統而被抬出。
較佳地，該本體在本體的開口處包含閥瓣，該閥瓣可被手動關閉或經由機械或電子機構關閉，使得U形棒對可完全被包封在本體內，並因此可被抬出反應器。較佳經由運輸貨車將已 抬出的棒對運輸至進一步的加工操作。
還可使用抓拾器以從反應器中成對移出棒。抓拾器較佳之尺寸較佳為使其具有盡可能小的半徑，且即便在反應器中密集佈置的棒的情況下，仍能安全固定棒對。經由這種抓拾器可低污染和安全地移出棒對，不造成任何困難。然而，當使用這種抓拾器時，存在的缺點在於，像先前技術的一些解決方案一樣，僅可從外向內移出棒。
本發明能夠從反應器中移出非常大的矽棒，而對其無損傷或污染。
通過本發明可沉積最大的棒直徑。最大的、可能的棒直徑僅取決於反應器中棒的佈置和沉積處理。目前為止，具有最大的、可能的棒直徑的棒的沉積是不可能的，這是因為不存在已知的以安全且低污染的方式移出這種棒的可能性。
另外，可以毫無困難地移出傾斜的或棍棒型的棒、以及具有高表面粗糙度的棒或以不穩定方式沉積的棒(具有增加的孔隙率)、或互相觸碰的棒。
當反應器中的棒被特別密集地佈置時，本發明特別可顯示其益處。
反應器中的密集度可定義為批料的最大矽棒橫截面除以反應器內徑所跨面積的比率。
在0.2至0.5的比率下，不可能通過已知先前技術成對地移出棒。與本發明相反，根據US 20120237678 A1和US 20100043972 A1的裝置不允許單獨地成對移出非常厚的棒(密集度為0.2至0.5)，因為棒的位置和尺寸受移出系統中的預定腔室的很大限制。如果棒直徑的增加超過可能的密集度因數(即使在整個反應器中僅有幾對棒)，這二種移出系統均不可再被用於移出棒，因為過厚的或傾斜的棒不能安裝進所提供的腔室。在這種情況下，必須進行手動嘗試以單獨地移出棒。這是十分耗時的，會導致矽污染增加，且更對人員有危險性(棒可能掉落)。在最壞的情況下，必須丟棄全部批料。
本發明提供成對地進行棒移出，並且沉積反應器包含偶數個棒。
較佳地，棒的數量為至少24個。
該棒較佳具有至少145毫米的直徑。

Claims (16)

  1. 一種用於從含有U形棒對的反應器中移出多晶矽棒的裝置，其包含一具有外壁和內壁的本體，該本體具有的尺寸使其可完全包封U形棒對，其中具有由此包封的U形棒對的該本體係與一升降機(crane)、一電纜絞盤(cable hoist)或一抓拾器(gripper)相互作用，使得該本體可以與U形棒對一起從該反應器中移出。
  2. 如請求項1的裝置，其中該本體之尺寸係使其長度至少相當於U形棒對的高度，且使其寬度至少相當於U形棒對的寬度。
  3. 如請求項1或2的裝置，其中該本體具有由鋼製成的內壁，且該棒對係由塑膠袋覆蓋。
  4. 如請求項1或2的裝置，其中該本體由低污染的硬金屬製成，或由穩定且可撓的塑膠製成。
  5. 如請求項1或2的裝置，其中該本體具有由經塑膠塗覆之鋼所製成的內壁。
  6. 如請求項1或2的裝置，其中該本體具有由部分或完全地經低污染硬金屬塗覆之鋼所製成的內壁。
  7. 如請求項1或2的裝置，其中該本體在其開口處包含一閥瓣(flap)，該閥瓣可手動關閉或經由機械或電子機構關閉。
  8. 一種用於從反應器中移出多晶矽棒的方法，其中該反應器包含U形棒對，其中U形棒對中的一對係被一具有外壁和內壁的本體完全包封，且該本體以及由此包封的棒對係藉由一升降機、一電纜絞盤或一抓拾器而從該反應器中移出。
  9. 如請求項8的方法，其中該本體之尺寸係使其長度至少相當於U形棒對的高度，且使其寬度至少相當於U形棒對的寬度。
  10. 如請求項8或9的方法，其中該本體具有由鋼製成的內壁，且該棒對在被該本體包封之前係由塑膠袋覆蓋。
  11. 如請求項8或9的方法，其中該本體係由低污染的硬金屬製成，或由穩定且可撓的塑膠製成。
  12. 如請求項8或9的方法，其中該本體具有由經塑膠塗覆之鋼所製成的內壁。
  13. 如請求項8或9的方法，其中該本體具有由部分或完全地經低污染硬金屬塗覆之鋼所製成的內壁。
  14. 如請求項8或9的方法，其中該本體在包封該棒對之後，係相對於其最大寬度和深度配置，以使得相鄰棒對間的距離為最少1公分。
  15. 如請求項8或9的方法，其中該反應器中的矽棒係緊密地佈置在該反應器中，以使得在沉積終止後，最大的矽棒橫截面與該反應器內徑所跨面積的比率為0.2至0.5。
  16. 如請求項8或9的方法，其中該矽棒的直徑在各種情況下為至少145毫米。
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