TWI592528B - 熔體設備的保護裝置 - Google Patents

Description

熔體設備的保護裝置

本發明屬於半導體製造設備領域，涉及一種熔體設備的保護裝置，特別是涉及一種在單晶爐熔體洩漏後，防止熔體進一步流動的保護裝置。

單晶矽是製造半導體矽元件的原料，用於大功率整流器、大功率電晶體、二極體、開關元件等。熔融的單質矽在凝固時矽原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長成晶面取向相同的晶粒，則這些晶粒平行結合起來便結晶成單晶矽。單晶矽的製法通常是先製得多晶矽或無定形矽，然後用直拉法或懸浮區熔法從熔體中生長出棒狀單晶矽。

單晶爐是一種在惰性氣體(氮氣、氦氣為主)環境中，用石墨加熱器將多晶矽等多晶材料熔化，用直拉法生長無錯位單晶的設備。

現有的一種單晶爐設備如圖1所示，所述單晶爐設備包括底座101、坩堝軸102、導向環103、爐底護盤104、熔體坩堝105、坩堝固定堝106、所述熔體坩堝105承載有熔體107，所述底座101下方為冷卻水管道108。

如圖2~圖3所示，在單晶矽熔融過程中，熔化的矽是由熔體坩堝105所包圍的，熔體溫度約為攝氏1400-1450度，然而，如果在單晶爐的工作過程中發生異常，如熔體坩堝105受到熱衝擊，會在比較薄弱的位置(如焊接點)發生洩漏110，熔體107會沿著底座101與坩堝軸102之間的容置空 間109往下流至冷卻水管道108上，造成冷卻水管道108的破損112，從而造成漏水的問題。另外，熔體107流至底座101下方的生長設備或腔室，會造成生長設備或腔室的嚴重損壞，甚至發生爆炸等情況發生。

鑒於以上所述，提供一種可以有效防止熔體107流至冷卻水管道108及生長設備或腔室的保護裝置實屬必要。

鑒於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種熔體設備的保護裝置，用於解決現有技術中熔體洩漏容易導致熔體設備損壞的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種熔體設備的保護裝置，所述熔體設備包括：底座以及坩堝軸，所述底座中設置有供所述坩堝軸穿過的通孔，所述通孔的側壁與坩堝軸之間具有容置空間；所述保護裝置包括：一保護套管，其填充於所述通孔的側壁與坩堝軸之間的容置空間內；一保護墊，其套設於所述坩堝軸上且固定連接於所述保護套管的底部；一導向環，其套設於所述坩堝軸上且固定連接於所述保護套管的上部。

作為本發明的熔體設備的保護裝置的一種優選方案，所述保護套管的材料選用為石墨。

作為本發明的熔體設備的保護裝置的一種優選方案，所述保護套管與所述通孔側壁緊密相連。

作為本發明的熔體設備的保護裝置的一種優選方案，所述保護墊選用為兩層或以上的耐高溫材料。

優選地，所述耐高溫材料選用為耐高溫毛氈。

進一步地，所述耐高溫毛氈與所述坩堝軸及保護套管底部壁緊密相連。

作為本發明的熔體設備的保護裝置的一種優選方案，所述坩堝軸為T型坩堝軸，所述坩堝軸可沿其軸心轉動。

優選地，所述坩堝軸上設置有坩堝固定結構，所述坩堝固定結構包括石墨坩堝。

優選地，所述熔體設備還包括設置於所述坩堝固定結構上的熔體坩堝，所述熔體坩堝通過焊接固定於所述坩堝固定結構上。

進一步地，所述熔體坩堝選用為石英坩堝。

作為本發明的熔體設備的保護裝置的一種優選方案，所述底座下方設置有冷卻水管道。

如上所述，本發明的熔體設備的保護裝置，具有以下有益效果：本發明在底板及坩堝軸之間插入石墨管及耐高溫毛氈，可以避免熔體洩漏後，流至冷卻水系統導致冷卻水系統損壞而造成漏水的問題。同時，可以防止熔體洩漏至其他生長設備上導致生長設備的損壞的問題。本發明採用耐高溫的石墨材料以及耐高溫且吸附性能優異的耐高溫毛氈作為保護裝置，可以大大提高熔體設備的可靠性。本發明結構簡單，可有效保護熔體設備，在半導體製造設備領域具有廣泛的應用前景。

101‧‧‧底座

102‧‧‧坩堝軸

103‧‧‧導向環

104‧‧‧爐底護盤

105‧‧‧熔體坩堝

106‧‧‧坩堝固定堝

107‧‧‧熔體

108‧‧‧冷卻水管道

109‧‧‧容置空間

110‧‧‧洩漏

112‧‧‧破損

201‧‧‧底座

202‧‧‧坩堝軸

203‧‧‧保護套管

204‧‧‧保護墊

205‧‧‧導向環

206‧‧‧爐底護盤

207‧‧‧熔體坩堝

208‧‧‧坩堝固定結構

209‧‧‧熔體

210‧‧‧冷卻水管道

圖1顯示為現有技術中的單晶爐的結構示意圖。

圖2顯示為現有技術中的單晶爐的在熔體洩漏時所呈現的結 構示意圖。

圖3顯示為現有技術中的單晶爐的在熔體洩漏時，底座通孔處的放大結構示意圖。

圖4顯示為本發明的設置有保護裝置的熔體設備的結構示意圖。

圖5顯示為本發明的保護裝置的具體結構示意圖。

以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地瞭解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。

請參閱圖4~圖5。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖示中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的元件數目、形狀及尺寸繪製，其實際實施時各元件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其元件佈局型態也可能更為複雜。

如圖4~圖5所示，本實施例提供一種熔體設備的保護裝置，所述熔體設備包括：底座201以及坩堝軸202，所述底座201中設置有供所述坩堝軸202穿過的通孔，所述通孔的側壁與坩堝軸202之間具有容置空間。

如圖4所示，具體地，所述熔體設備為單晶爐，其包括底座201、坩堝軸202、導向環205、爐底護盤206、熔體坩堝207、坩堝固定結構 208、所述熔體坩堝207承載有熔體209，所述底座下方為冷卻水管道210。

所述保護裝置包括：保護套管203，其填充於所述通孔的側壁與坩堝軸202之間的容置空間內；保護墊204，其套設於所述坩堝軸202且固定連接於所述保護套管203的底部；以及導向環205，所述導向環205套設於所述坩堝軸202上且固定連接於所述保護套管203的上部。

如圖4所示，所述坩堝軸202為T型坩堝軸，所述坩堝軸202可沿其軸心轉動，從而帶動其上方的熔體坩堝207轉動，所述熔體設備還包括加熱裝置，其通常設置為包圍所述熔體坩堝207，以保證熔體坩堝207內的熔體209維持在一定的溫度範圍內，並且，通過坩堝軸202的轉動可以保證熔體207受熱的均勻性。

如圖4所示，所述坩堝軸202上設置有坩堝固定結構208，所述坩堝固定結構208包括石墨坩堝。所述熔體設備還包括設置於所述坩堝固定結構上的熔體坩堝207，所述熔體坩堝207通過焊接固定於所述坩堝固定結構208上。在本實施例中，所述熔體坩堝選207用為石英坩堝，以滿足其耐高溫性能的要求。

如圖5所示，所述保護套管203與所述通孔的側壁緊密相連，以阻礙洩漏熔體進一步往下流動，在本實施例中，所述保護套管203的材料選用為石墨。

如圖5所示，所述保護墊204選用為兩層或以上的耐高溫材料。優選地，所述耐高溫材料選用為耐高溫毛氈，本實施例選用耐高溫毛氈作為保護墊，具有既耐高溫又耐磨，而且質地柔軟，無污染、吸附能力強等優點。另外，所述耐高溫毛氈與所述坩堝軸202及保護套管203底部緊 密相連，由於該耐高溫毛氈質地柔軟，即使其與坩堝軸202緊密相連，也不會影響坩堝軸202的轉動。

如圖4~圖5所示，本實施例的保護裝置的工作原理為：安裝時，將坩堝軸202的上部和下部進行拆分後，先將保護墊204墊在通孔底部，然後將所述導向環205連同保護套管203一起壓緊在所述保護墊204上，最後將坩堝軸202重新安裝；當熔體發生洩漏沿著坩堝軸202流至底座201時，所述保護套管203(石墨材質)可以阻礙熔體進一步往下流，或減少流至通孔下方的熔體的體積；當少量的熔體穿過所述保護套管203後，其會被保護套管203下方的保護墊204(耐高溫毛氈材質)吸收冷卻，並結成晶體，這些結成的晶體可以進一步阻礙熔體的流動，從而使得熔體不能通過底座201上的通孔進入到冷卻水管道210以及其它的生長設備中，大大提高熔體設備的可靠性。

在需要拆卸時(如保護裝置發生故障或者結晶過多或需要進行清洗等情況)，由於所述保護套管203、導向環205為一個固定的整體，只要將導向環205往上提，所述保護套管203便可隨導向環205一起被提出，另外，所述保護墊204上如果有結晶，其通常會與所述保護套管203粘接在一起，這時，在提出所述導向環205的同時便可將保護墊204(可能是一片耐高溫毛氈或兩片耐高溫毛氈)一起提出，具有易拆卸易維護的優點。

如上所述，本發明的熔體設備的保護裝置，具有以下有益效果：本發明在底板及坩堝軸之間插入石墨管及耐高溫毛氈，可以避免熔體 洩漏後，流至冷卻水系統導致冷卻水系統損壞而造成漏水的問題。同時，可以防止熔體洩漏至其他生長設備上導致生長設備的損壞的問題。本發明採用耐高溫的石墨材料以及耐高溫且吸附性能優異的耐高溫毛氈作為保護裝置，可以大大提高熔體設備的可靠性。本發明結構簡單，可有效保護熔體設備，在半導體製造設備領域具有廣泛的應用前景。所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。

上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的申請專利範圍所涵蓋。

201‧‧‧底座

202‧‧‧坩堝軸

203‧‧‧保護套管

204‧‧‧保護墊

205‧‧‧導向環

206‧‧‧爐底護盤

207‧‧‧熔體坩堝

208‧‧‧坩堝固定結構

209‧‧‧熔體

210‧‧‧冷卻水管道

Claims (11)

1. 一種熔體設備的保護裝置，所述熔體設備包括一底座以及一坩堝軸，所述底座中設置有供所述坩堝軸穿過的通孔，所述通孔的側壁與所述坩堝軸之間具有一容置空間，所述保護裝置包括：一保護套管，其填充於所述通孔的側壁與所述坩堝軸之間的容置空間內；一保護墊，其套設於所述坩堝軸上且固定連接於所述保護套管的底部；一導向環，其套設於所述坩堝軸上且固定連接於所述保護套管的上部。
2. 如請求項1所述的熔體設備的保護裝置，其中所述保護套管的材料選用為石墨。
3. 如請求項1所述的熔體設備的保護裝置，其中所述保護套管與所述通孔的側壁緊密相連。
4. 如請求項1所述的熔體設備的保護裝置，其中所述保護墊選用為兩層或兩層以上的耐高溫材料。
5. 如請求項4所述的熔體設備的保護裝置，其中所述耐高溫材料選用為耐高溫毛氈。
6. 如請求項4所述的熔體設備的保護裝置，其中所述耐高溫毛氈與所述坩堝軸及所述保護套管的底部壁緊密相連。
7. 如請求項1所述的熔體設備的保護裝置，其中所述坩堝軸為T型坩堝軸，所述坩堝軸可沿其軸心轉動。
8. 如請求項7所述的熔體設備的保護裝置，其中所述坩堝軸上設置有一坩堝固定結構，所述坩堝固定結構包括一石墨坩堝。
9. 如請求項8所述的熔體設備的保護裝置，其中所述熔體設備還包括設置於所述坩堝固定結構上的熔體坩堝，所述熔體坩堝通過焊接固定於所述坩堝固定結構上。
10. 如請求項9所述的熔體設備的保護裝置，其中所述熔體坩堝選用為石英坩堝。
11. 如請求項1所述的熔體設備的保護裝置，其中所述底座下方設置有一冷卻水管道。