TWI610876B - 用於提取並運輸矽棒的裝置以及製備多晶矽的方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種用於提取並運輸矽棒的裝置，該裝置由電動操作，並且固定在一生產車間的天花板上或者以一旋轉臂固定在一立柱上，其包括一帶有起吊缸的起吊裝置以及一與該起吊缸相連接的矽棒夾持裝置，其中所述夾持裝置包括一固定於起吊缸的懸掛裝置、一帶有操作元件的接觸板、一平行四邊形結構的框架與一固定在接觸板上的自動閂鎖、以及一垂直閂鎖元件，其中所述框架上固定有至少兩個橢圓形的抓持部，其中所述抓持部和垂直閂鎖元件在夾持裝置閉合位置時嚙合，並且在開啟位置時可以自動鬆開。

Description

用於提取並運輸矽棒的裝置以及製備多晶矽的方法 【0001】
本發明係關於一種用於提取並運輸矽棒的裝置及製備多晶矽（polysilicon）的方法。
 【0002】
多晶體矽（polycrystalline silicon，簡稱多晶矽）係作為起始材料用於藉由柴可斯基法（CZ）或區域熔融法（FZ）生產單晶矽。所得單晶矽被分割成晶圓，經過多重的機械、化學和化學-機械加工處理後，被用於半導體行業中電子元件（晶片）的生產。
【0003】
然而更具體而言，多晶矽在更大程度上被需要於用於藉由提拉或澆鑄方法生產單晶矽或多晶矽，所述單晶矽或者多晶矽係用於製備光伏打太陽能電池。
【0004】
多晶矽通常藉由西門子法製備。在該方法中，矽的細棒在鐘形反應器(「西門子反應器」)中藉由直接通電被加熱，直到表面溫度達到900至1200°C，然後透過噴嘴入口（inlet nozzle）引入一包含含矽組分（特別是鹵矽烷（halosilane））和氫氣的反應氣體。隨後鹵矽烷會在細棒表面發生分解。在此情況下，汽相中的元素矽係沉積到細棒上。
【0005】
矽棒係藉由特殊的電極固定在反應器中，所述電極一般由高純度的人造石墨（electrographite）組成。在不同情況下，電極固定器上之兩個帶不同電壓極的細棒可以藉由一個橋連接到另一個細棒的末端，從而形成一個閉合電路。用於加熱細棒的電能係經由電極及其電極固定器提供。
【0006】
在沉積過程中，細棒的直徑會不斷增加。與此同時，電極開始從矽棒的頂端生長到矽棒的底部。
【0007】
由於石墨可以具有很高的純度，而且在沉積條件下呈化學惰性，因此石墨主要用作電極材料。此外，石墨具有非常低的電阻率。
【0008】
當矽棒達到所希望的設定直徑後，沉積過程結束，然後對熾熱的矽棒進行冷卻和抽取。
【0009】
為了這個目的，可以使用例如US 20120237678 A1中所述的抽取輔助器（extraction aid）。一種用於抽取多晶體矽棒的裝置包括一帶有外壁的機身，其係以某種形式定制尺寸以藉由外壁使矽棒可以得到密封，每個外壁上設有門，以容許至少一個棒出入。
【0010】
抽取後，通常在電極和橋側將所得到的U型多晶矽棒對按一定長度切割，並破碎成碎塊。利用一破碎機（crusher）（例如顎式破碎機（jaw crusher））進行破碎。該類破碎機例如在EP 338 682 A2中有所描述。視需要地，可以使用錘子在破碎之前進行預破碎。
【0011】
可以借助起吊機、牽引索（pulling cable）或者類似系統完成從反應器中抽取矽棒對。
【0012】
CN 102092660 A揭露了一種電動矽棒吊運車（lifting vehicle），其包括一電動堆高機體（forklift body），該堆高機體設有一起吊臂，所述起吊臂上設有複數個吊臂孔，且吊臂孔連接有一矽棒專用夾持裝置。所述矽棒專用夾持裝置較佳由一懸掛裝置和夾持體組成，所述夾持體具有平行四邊形結構，夾持體的上部端點與懸掛裝置相連，下部端點兩側的兩邊向外延伸並形成起吊臂。
【0013】
該種吊運車存在的問題是，不能可靠地運輸球桿狀（club-shaped）、彎曲的、非圓形、橢圓形、很短的以及特別粗的棒。而且有污染的危險。
【0014】
本發明旨在解決上述問題。
 【0015】
本發明的目的是藉由一種用於提取並運輸矽棒的裝置完成的，該裝置為電動操作，並且固定在一生產車間（production hall）的天花板上或者以一旋轉臂（swivel arm）固定在一立柱（post）上，其包括一帶有起吊缸（lifting cylinder）的起吊裝置以及一與該起吊缸相連接的矽棒夾持裝置，其中所述夾持裝置包括一固定於起吊缸的懸掛裝置、一活節臂（articulated arm）與一平行四邊形結構的框架及一固定在活節臂上的自動閂鎖、以及一垂直閂鎖元件，其中所述框架上固定有至少兩個橢圓形抓持部（gripper segment），而且其中所述抓持部和垂直閂鎖元件在夾持裝置閉合位置時嚙合，並且在開啟位置時可以自動鬆開（unlatch）。
【0016】
較佳地，所述起吊缸係固定於一交叉滑動架（cross carriage）上，該交叉滑動架可以在天花板的x和y方向上自由移動。
【0017】
無論是固定在天花板上還是帶有旋轉臂的立柱上，本發明均提供了一種無振動、可自由定位並且可靠移動（reliably displaceable）的裝置，用於提取和運輸矽棒。
【0018】
較佳地，所述抓持部內襯有一硬質金屬。同樣較佳的是以一聚合塑膠內襯抓持部。使用矽內襯也是較佳的。所述抓持部也可以分別塗覆一相應材料來取代內襯。
【0019】
較佳地，所述抓持部是可調節的。為此設有一活節臂，框架和抓持部可以藉由活節臂旋轉。藉由這種方式，棒可以被水平地和垂直地提取和運輸。
【0020】
較佳使用窄的抓持部設計，甚至在沒有一棒支撐體（rod support）時，也可以提取和運輸靠在一起的棒。
【0021】
較佳地，裝置的所有操作元件都是經塗覆的。
【0022】
活動部件較佳裝配有耐磨且密封的軸承襯套。其優點是在活節軸承（articulation bearing）的位置不產生由於磨損造成的污染。
【0023】
較佳配備帶有抽氣裝置的閉合提舉系統（take-up system）。這些提舉系統較佳位於驅動元件的下部或者上部。藉由這種方式，可以避免在驅動系統中由於磨損或者異物造成的污染。
【0024】
所述夾持裝置係藉由接觸板制動，利用該夾持裝置夾取矽棒，或在放置時利用平行四邊形框架釋放矽棒。所述夾持裝置較佳利用一無線電遙控器制動。所述平行四邊形結構可以例如藉由框架部分的交叉活節連接（articulated connection）而製備。
【0025】
較佳的是，所述帶有平行四邊形結構和抓持部的框架被形成為閂鎖，每一個閂鎖可以繞著一透過附屬載體臂延伸的垂直軸而旋轉。
【0026】
所述裝置配置有一個雙重自動閂鎖，其允許自動放置夾持裝置中的棒。所述裝置較佳如以下方式配置：在棒的重力作用下，一個或多個閂鎖在裝置的合適位置嚙合。藉由提升抓持部，完成鬆開並放置棒。此外，除了框架和抓持部，還配置有一垂直閂鎖元件，當整個夾持裝置被提升時，所述垂直閂鎖元件可以在棒的方向上從上方移動，並且以相同的方式嚙合和自動鬆開。
【0027】
所述垂直閂鎖元件可以設有一接觸板，從而當接觸板接觸到將被提取的矽棒時可以制動嚙合。當放置棒時，所述接觸板被往上壓並確保自動鬆開。
【0028】
已發現使用雙重自動閂鎖可以可靠地提取和運輸球桿狀、彎曲的、非圓形、橢圓形、很短的以及粗的棒。
【0029】
所述裝置可以在x、y和z方向上自由移動和定位。
【0030】
在即將提取棒時，所述裝置移動到棒的中央上方然後下降。隨後所述夾持裝置處於開啟位置。一旦抓持器下降到抓持部可以下夾到棒的程度，該夾持裝置便會由開啟位置轉變為閉合位置（參照第1圖）。
【0031】
由於所述抓持部配有一對矽具有低污染的材料，其理論上對矽棒僅施以可靠運輸所需的力。藉由該方法，幾乎完全避免了棒的損壞。
【0032】
在運輸過程中的作業可靠性得到增加。這特別適用於任何棒的破裂（例如多孔的、破裂的以及不穩定的棒）。
【0033】
較佳使用的無線電遙控器同樣可以增加作業的可靠性。
【0034】
抓持部的塗覆可以確保矽棒的低污染運輸，這一點對於產品的品質至關重要。
 【0050】
1.1、2.1‧‧‧天花板
1.2、2.2‧‧‧交叉滑動架
1.3、2.3‧‧‧起吊缸
1.4、2.4‧‧‧雙重自動閂鎖元件
1.5、2.5‧‧‧抓持部
1.6、2.6‧‧‧活節臂
1.7‧‧‧棒
【0035】
本發明還將透過下文並結合第1圖和第2圖進行說明。
第1圖顯示本發明的裝置。
第2圖顯示第1圖裝置的側視圖。
 【0036】
第1圖圖示一種裝置，其中交叉滑動架2固定於生產車間的天花板1上。
【0037】
交叉滑動架與起吊缸3相連。
【0038】
透過該裝置，棒7被提取且藉由抓持部5夾持。
【0039】
第2圖顯示第1圖裝置的側視圖。
【0040】
利用活節臂6，框架和抓持部5可以進行旋轉。
【0041】
雙重自動閂鎖4配置有一垂直元件。
【0042】
本發明係關於一種裝置，利用該裝置可以實現矽棒的提取、夾持、運輸至並可靠地放置於其他的工作站。
【0043】
在矽棒破碎成碎塊之前，需要經過一次或多次所述提取、運輸和放置的過程。
【0044】
起始點是在至少一個U型載體上利用CVD法沉積多晶矽，藉由直接通電將所述U型載體加熱到一定溫度使多晶矽沉積到該載體上，以形成至少一個U型多晶矽棒對，所述載體的自由端點分別與一石墨電極相連，並由此向其提供電流。
【0045】
沉積後，必須從反應器中抽取所述至少一個多晶矽棒對。適於此抽取的是一具有外壁和內壁的機身（body），矽棒對被所述機身完全密封，所述機身連同被其密封的矽棒對從反應器中移出。起吊機、牽引索等是適合用於移除機身和矽棒對的。然而，也可以使用本發明的裝置，這也是特別佳的。
【0046】
將矽棒對從反應器中移出後，通常將其運輸到一單獨的工作站，在此工作站上從至少一個多晶矽棒對的至少兩個多晶矽棒的電極端除去石墨殘留，並在非電極端（橋側）按一定長度切割矽棒對，從而得到兩根多晶矽棒。
【0047】
較佳使用本發明所述的裝置完成矽棒從反應器到工作站的運輸。
【0048】
一旦將石墨殘留從矽棒和橋上除去後，通常將矽棒運輸到另一工作站上，在該工作站上，使用合適的破碎工具將矽棒破碎成碎塊。錘子適用於預破碎，且較佳使用顎式破碎機或輥式破碎機將矽棒破碎成特定的碎塊尺寸等級。
【0049】
移除橋和石墨殘留後，較佳使用本發明所述裝置提取矽棒，然後運輸到帶有破碎工具或者破碎設備的工作站上，將其放置在一工作臺上或者一設備中。
1.1‧‧‧天花板
1.2‧‧‧交叉滑動架
1.3‧‧‧起吊缸
1.4‧‧‧雙重自動閂鎖元件
1.5‧‧‧抓持部
1.6‧‧‧活節臂
1.7‧‧‧棒

Claims (9)

  1. 【第1項】
    一種用於提取並運輸矽棒的裝置，該裝置由電動操作，並且固定在一生產車間（production hall）的天花板上或者以一旋轉臂（swivel arm）固定在一立柱（post）上，其包括一帶有起吊缸（lifting cylinder）的起吊裝置以及一與該起吊缸相連接的矽棒夾持裝置，其中所述夾持裝置包括一固定於起吊缸的懸掛裝置、一活節臂（articulated arm）與一平行四邊形結構的框架及一固定在活節臂上的自動閂鎖、以及一垂直閂鎖元件，其中所述框架上固定有至少兩個橢圓形的抓持部（gripper segment），而且其中所述抓持部和垂直閂鎖元件在夾持裝置閉合位置時嚙合，並在開啟位置時可以自動鬆開（unlatch）。
  2. 【第2項】
    如請求項1所述的裝置，其中所述起吊缸係固定在位於生產車間天花板上的一交叉滑動架（cross carriage）上，該交叉滑動架可以在天花板的x和y方向上自由移動。
  3. 【第3項】
    如請求項1或2所述的裝置，其中所述抓持部內襯或塗覆有一硬質金屬、一聚合塑膠或者矽。
  4. 【第4項】
    如請求項1或2所述的裝置，其中配備有一活節臂，所述框架和抓持部可藉由該活節臂發生旋轉。
  5. 【第5項】
    如請求項1或2所述的裝置，其中所有的活動部件均裝配有耐磨且密封的軸承襯套。
  6. 【第6項】
    如請求項1或2所述的裝置，其中配備有帶有抽氣裝置的閉合提舉系統（take-up system），其位於該起吊缸或一視需要配備的交叉滑動架之下方或上方。
  7. 【第7項】
    一種利用如請求項1至6中任一項所述之裝置提取矽棒的方法，其利用該夾持裝置夾持矽棒，然後運輸並放置至不同的工作站上。
  8. 【第8項】
    一種製備多晶矽的方法，包括以下步驟：
    a）在至少一個U型載體上藉由CVD法沉積多晶矽，經由直接通電將所述U型載體加熱到一定溫度使多晶矽沉積到載體上，以形成至少一個U型多晶矽棒對，所述載體的兩個自由端點分別與一石墨電極相連，並由此向其提供電流；
    b）從反應器中抽取至少一個U型多晶矽棒對；
    c）從至少一個多晶矽棒對的至少兩個多晶矽棒的電極端除去石墨殘留，並在非電極端按一定長度切割矽棒對，從而形成兩根多晶矽棒；
    d）使用破碎工具將一多晶矽棒破碎成碎塊；
    其中，在步驟c）之後，使用如請求項1至6中任一項所述的裝置提取一多晶矽棒並運輸至一個設備中，在其中將矽棒根據步驟d）破碎成碎塊。
  9. 【第9項】
    如請求項8所述的方法，其中所述從反應器中抽取至少一個多晶矽棒對是藉由一具有外壁和內壁的機身（body）實施的，多晶矽棒對被所述機身完全密封，其中所述機身連同被其密封的矽棒藉由如請求項1至6中任一項所述的裝置而從反應器中移出，並運輸到工作站上，在此根據步驟c）除去電極端的石墨殘留，並在非電極端按一定長度切割矽棒對。
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