TWI811639B - 長晶純化設備及熱場配件純化方法 - Google Patents
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Abstract
本發明公開一種長晶純化設備及配合其實施的一種熱場配件純化方法，長晶純化設備用來去除設置於長晶純化設備內側的至少一個熱場配件上的金屬雜質。長晶純化設備包括一長晶爐、設置於長晶爐內側的一密閉盒、連接於長晶爐與密閉盒的一外管、設置於外管的內側的一內管、連接於外管的一進氣蓋、設置於進氣蓋與外管之間的一第一密封件、以及環繞設置於內管的一第二密封件。長晶爐包含一爐體、一爐蓋、及設置於爐體內側的一熱場模組，進氣蓋能透過內管向密閉盒輸入一惰性氣體，熱場模組用來加熱惰性氣體以使金屬雜質被惰性氣體加熱而汽化。
Description
本發明涉及一種長晶設備及一種純化方法，特別是涉及一種長晶純化設備及配合所述長晶純化設備實施的一種熱場配件純化方法。
現有的長晶設備(如：柴氏長晶設備)在製備晶錠、晶棒或單晶矽等產品時，若上述產品需因應市場需求對上述產品的製程進行調整時，為避免現有的長晶設備中的石墨熱場內側所含的不純物(如：砷化合物、矽化合物)造成汙染，往往需要進一步製作一新熱場及其相關配件，以配合調整後的產品製程。
然，製作新熱場及其相關配件的時程往往需耗時至少3~6個月，並且製作新熱場的費用動輒數百萬元。導致現有的長晶設備在製造不同產品時，其時間成本及費用將大幅度提升。
針對上述缺陷，現有相關技術(如：中國專利號CN111254291A)仍多是針對一特定待純化物(如：銅錠)對應提供專屬的純化裝置。進一步地說，以中國專利號CN111254291A為例，其是藉由“在包含冷卻介質進管12以及冷卻介質出管17的一爐體內中，利用銅中雜質不同分凝係數、不同飽和蒸汽壓，對銅進行純化”的技術手段，解決大型銅錠的高純度純化問題。需要說明的是，所述冷卻介質進管12的功能實際上僅是用來對石墨支撐台10進
行冷卻降溫，所述冷卻介質進管12並沒有辦法用來直接去除雜質。
承上所述，可以得知在現有相關技術中，現有的長晶設備在面對產品製程需進行調整的問題時，除了採取“製作一新熱場及其相關配件”的技術手段外，並沒有其他更好的解決辦法。故，如何通過結構設計的改良，來克服上述的缺陷，已成為該項事業所欲解決的重要課題之一。
本發明實施例針對現有技術的不足提供一種長晶純化設備，其能有效地改善現有的長晶設備所可能產生的缺陷。
本發明實施例公開一種長晶純化設備，用來去除至少一個熱場配件上的金屬雜質，所述長晶純化設備包括：一長晶爐，包含一爐體、安裝於所述爐體的一爐蓋、及設置於所述爐體的內側的一熱場模組；一密閉盒，設置於所述熱場模組的內側，並且所述密閉盒包含一盒體以及可拆卸地安裝於所述盒體的一盒蓋；其中，所述盒體用來容納至少一個所述熱場配件；一外管，穿設於所述爐蓋，並且所述外管包含一第一外管口、一第二外管口、及一第三外管口；其中，所述第一外管口與所述第二外管口設置於所述爐蓋相對遠離所述爐體的一側，而所述第三外管口連接於所述盒蓋；一內管，間隔地設置於所述外管的內側，並且所述內管包含一第一內管口與一第二內管口；以及一進氣蓋，連接於所述第一外管口，並且所述進氣蓋能透過所述內管向所述密閉盒輸入一惰性氣體；其中，所述熱場模組用來加熱位於所述密閉盒中的所述惰性氣體以使所述金屬雜質被所述惰性氣體加熱而汽化；一抽氣裝置，所述抽氣裝置連接於所述第二外管口，並且所述抽氣裝置用來通過所述第二外管口抽取所述惰性氣體以及汽化的所述金屬雜質。
本發明實施例公開一種熱場配件純化方法，用來配合上述長
晶純化設備實施，所述熱場配件純化方法包括：一進氣步驟，將所述惰性氣體自所述第一內管口經由所述內管進入設置有至少一個所述熱場配件的所述密閉盒中，以使所述惰性氣體充斥於所述密閉盒中；一加熱步驟，使多個加熱體對所述密閉盒內的所述惰性氣體加熱，以使所述惰性氣體的溫度介於攝氏1400度~攝氏1500度，續而使所述金屬雜質被所述惰性氣體加熱而汽化；一抽氣步驟，使所述抽氣裝置通過所述第二內管口對所述密閉盒抽氣以使所述密閉盒內呈負壓，並且使所述密閉盒內的壓力不大於5帕斯卡(Pa)，續而使所述惰性氣體與呈氣態的所述金屬雜質被所述抽氣裝置抽出。
本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的所述長晶純化設備及所述熱場配件純化方法，其能通過“所述進氣蓋能透過所述內管向所述密閉盒輸入所述惰性氣體”以及“所述熱場模組用來加熱位於所述密閉盒中的所述惰性氣體以使所述金屬雜質被所述惰性氣體加熱而汽化”的技術方案，將所述熱場配件純化後並再次利用，以降低切換或調整產品製程所造成的成本損失。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
100:長晶純化設備
1:長晶爐
11:爐體
12:爐蓋
13:熱場模組
131:加熱體
2:密閉盒
21:盒體
D1:盒體高度
22:盒蓋
221:頂面
222:側面
D2:盒蓋高度
3:外管
31:第一外管口
32:第二外管口
33:第三外管口
4:內管
41:第一內管口
42:第二內管口
43:出氣管
5:進氣蓋
5A:惰性氣體
6:第一密封件
7:第二密封件
8:抽氣裝置
200:熱場配件
300:金屬雜質
S101:進氣步驟
S103:加熱步驟
S105:抽氣步驟
圖1為本發明第一實施例的長晶純化設備的剖視示意圖。
圖2本發明第一實施例的熱場配件設置於長晶純化設備的剖視示意圖。
圖3為本發明第一實施例的熱場配件的立體示意圖。
圖4為圖1的IV部分的放大示意圖。
圖5為本發明第一實施例的進氣蓋與外管的分解示意圖。
圖6為本發明第一實施例的惰性氣體於密閉盒中流動的示意圖。
圖7為本發明第二實施例的熱場配件純化方法的步驟流程示意圖。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“長晶純化設備”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。此外，以下如有指出請參閱特定圖式或是如特定圖式所示，其僅是用以強調於後續說明中，所述及的相關內容大部份出現於該特定圖式中，但不限制該後續說明中僅可參考所述特定圖式。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。
應當可以理解的是，雖然本文中可能會使用到“第一”、“第二”、“第三”等術語來描述各種元件或者信號，但這些元件或者信號不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
[第一實施例]
請參閱圖1至圖6所示，其為本發明的第一實施例，需先說明的是，本實施例所對應到的附圖及其所提及的相關數量與外形，僅用來具體地
說明本發明的實施方式，以便於了解本發明的內容，而非用來侷限本發明的保護範圍。
如圖1及圖3所示，本發明第一實施例提供一種長晶純化設備100，用來去除設置於所述長晶純化設備100內側的至少一個熱場配件200上的金屬雜質300。其中，於本實施例中，至少一個所述熱場配件200主要由石墨碳纖材料製成，並且至少一個所述熱場配件200為適用於柴可拉斯基法(Czochralski process)的長晶配件。
進一步地說，於本實施例中，所述熱場配件200實際上可以為熱遮罩、加熱器、以及保溫套筒，但本發明並不限於此。舉例來說，於其他實施例中，所述熱場配件200也可以是石墨坩堝等其他長晶配件。
需要說明的是，所述金屬雜質300於本實施例中為一種砷化合物，但本發明並不限於此。舉例來說，於本發明未繪示的其他實施例中，所述金屬雜質300也可以為一種矽化合物。
進一步地說，所述長晶純化設備100是由現有的柴氏長晶設備改良而成，並且所述長晶純化設備100也能用來製備晶錠、晶棒或單晶矽等產品，但本發明並不限於此。舉例來說，於本發明未繪示的其他實施例中，所述長晶純化設備100也可以由現有的浮融帶(Floating Zone)長晶設備改良而成。
承上所述，具體來說，所述長晶純化設備100能用來在製備晶錠、晶棒或單晶矽等產品製程結束後，對設置於所述長晶純化設備100內側的至少一個所述熱場配件200上的所述金屬雜質300進行純化，使至少一個所述熱場配件200能直接應用於其他產品製程中。
如圖1及圖5所示，所述長晶純化設備100包括一長晶爐1、設置於所述長晶爐1內側的一密閉盒2、連接於所述長晶爐1與所述密閉盒2的一外
管3、間隔地設置於所述外管3的內側的一內管4、連接於所述外管3的一進氣蓋5、設置於所述進氣蓋5與所述外管3之間的一第一密封件6、環繞設置於所述內管4的一第二密封件7、以及連接於所述外管3的一抽氣裝置8，但本發明並不限於此。舉例來說，於本發明未繪示的其他實施例中，所述長晶純化設備100也可以不包含所述第一密封件6、所述第二密封件7、以及所述抽氣裝置8。
進一步地說，所述長晶爐1包含一爐體11、安裝於所述爐體11的一爐蓋12、及設置於所述爐體11的內側的一熱場模組13。其中，所述熱場模組13包含鄰近設置於所述密閉盒2的多個加熱體131，其能用來對所述密閉盒2進行加熱，並且所述爐蓋12用來使所述爐體11提供一開口，使至少一個所述熱場配件200能被放置於所述爐體11內側。
如圖2所示，所述密閉盒2設置於所述熱場模組13的內側，並且所述密閉盒2包含一盒體21以及可拆卸地安裝於所述盒體21的一盒蓋22。其中，所述盒體21用來容納至少一個所述熱場配件200。更詳細地說，所述盒蓋22包含一頂面221以及連接於所述頂面221的多個側面222，並且任一個所述側面222的高度大於所述盒體21的高度。
具體來說，於本實施例中，當所述盒蓋22安裝於所述盒體21時，所述盒蓋22的多個所述側面222可移動地對應貼合於所述盒體21的多個側面，並且所述盒體21的高度定義為一盒體高度D1，而所述側面222的高度定義為一盒蓋高度D2。
需要說明的是，於本實施例中，所述盒蓋高度D2大於所述盒體高度D1，並且所述盒蓋高度D2以及所述盒體高度D1至少高於任一所述熱場配件200的高度，以使所述盒蓋22安裝於所述盒體21時，所述盒蓋22的所述側面222與對應的所述盒體21的所述側面之間的接觸面積有效提升，但本發明並不
限於此。舉例來說，於本發明未繪示的其他實施例中，所述盒體高度D1也可以低於任一所述熱場配件200的高度。
如圖1及圖4所示，所述外管3穿設於所述爐蓋12，並且所述外管3包含一第一外管口31、一第二外管口32、及一第三外管口33。其中，所述第一外管口31與所述第二外管口32設置於所述爐蓋12相對遠離所述爐體11的一側，而所述第三外管口33連接於所述盒蓋22。
更詳細地說，於本實施例中，所述外管3為一法蘭三通管，並且所述外管3具有相互垂直的兩個管中心軸線。其中，所述第一外管口31與所述第三外管口33共同位於任一所述管中心軸線上，而所述第二外管口32垂直於另一所述管中心軸線上，但本發明並不限於此。舉例來說，於本發明未繪示的其他實施例中，所述外管3也可以是一Y字形管。
所述內管4間隔地設置於所述外管3的內側，並且所述內管4包含鄰近於所述第一外管口31的一第一內管口41與相對遠離所述第一內管口41的一第二內管口42。其中，所述第二內管口42鄰近設置於所述密閉盒2的底部，並且所述內管4包含連接於所述第二內管口42的一出氣管43，但本發明並不限於此。舉例來說，於本發明未繪示的其他實施例中，所述內管4也可以不包含所述出氣管43。
如圖1、圖4及圖6所示，所述進氣蓋5連接於所述第一外管口31，並且所述進氣蓋5能透過所述內管4向所述密閉盒2輸入一惰性氣體5A。其中，所述進氣蓋5的組成材料包含不鏽鋼，而所述密閉盒2與所述內管4的組成材料包含石墨。
具體來說，所述內管4間隔地設置於所述進氣蓋5內側，並且所述進氣蓋5與所述內管4於空間上連通以形成一氣密空間，以使所述惰性氣體5A通過所述內管4時不會溢出。進一步地說，如圖5所示，所述第一密封件6
設置於所述進氣蓋5與所述第一外管口31之間的連接處，並且所述第二密封件7環繞設置於所述內管4。其中，所述第二密封件7的位置對應於所述進氣蓋5與所述第一外管口31之間的連接處，並且於本實施例中，所述第一密封件6為一橡膠O字形環，而所述第二密封件7為一橡膠管狀套環。
承上所述，藉由“將所述第一密封件6設置於所述進氣蓋5與所述第一外管口31之間的連接處”以及“將所述第二密封件7環繞設置於所述內管4”的技術手段，所述進氣蓋5與所述內管4能於空間上連通以形成一氣密空間，以使所述惰性氣體5A通過所述內管4時不會溢出。
需要說明的是，所述第一內管口41設置於所述進氣蓋5的外側，並且所述出氣管43能用來將所述惰性氣體5A均勻分布於所述密閉盒2中。更詳細地說，所述第一內管口41用來連接於一氣體輸送機，使所述惰性氣體5A能自所述第一內管口41輸入，並通過所述內管4以及所述出氣管43進入所述密閉盒2中。
更詳細地說，如圖1及圖6所示，所述出氣管43呈X字形，並且所述出氣管43具有用來排放所述惰性氣體5A的多個出氣孔，但本發明並不限於此。舉例來說，於本發明未繪示的其他實施例中，所述出氣管43也可以呈環形。
當所述惰性氣體5A充斥於所述密閉盒2中時，所述熱場模組13將用來加熱位於所述密閉盒2中的所述惰性氣體5A以使所述金屬雜質300被所述惰性氣體5A加熱而汽化。進一步地說，當所述金屬雜質300被所述惰性氣體5A加熱而汽化後，連接於所述外管3的所述第二外管口32的所述抽氣裝置8將被用來通過所述第二外管口32抽取所述惰性氣體5A以及汽化的所述金屬雜質300。
具體來說，所述抽氣裝置8能通過所述第二內管口42對所述密閉
盒2抽氣以使所述密閉盒2內呈負壓。其中，當所述密閉盒2內呈負壓時，所述密閉盒2內的壓力不大於5帕斯卡(Pa)，以使所述惰性氣體5A與呈氣態的所述金屬雜質300被所述抽氣裝置8抽出。
承上所述，所述長晶純化設備100能用來將至少一個所述熱場配件200純化後並再次利用，以降低切換或調整產品製程所造成的成本損失。
[第二實施例]
請參閱圖7所示，其為本發明的第二實施例，需先說明的是，本實施例類似於上述實施例一，所以兩個實施例的相同處則不再加以贅述(如：所述長晶爐1)；再者，本實施例對應附圖所提及的相關數量與外型，僅用來具體地說明本發明的實施方式，以便於了解本發明的內容，而非用來侷限本發明的保護範圍。
如圖7所示，本發明第二實施例提供一種熱場配件純化方法，其用來配合本發明第一實施例的所述長晶純化設備100實施，並且所述熱場配件純化方法至少依序包括一進氣步驟S101、一加熱步驟S103、以及一抽氣步驟S105，但本發明並不限於此。舉例來說，於本發明未繪示的其他實施例中，所述熱場配件純化方法也可以不包含所述抽氣步驟S105。
需要說明的是，在所述進氣步驟S101中，所述惰性氣體5A自所述第一內管口41經由所述內管4進入設置有至少一個所述熱場配件200的所述密閉盒2中，以使所述惰性氣體5A充斥於所述密閉盒2中。
需要說明的是，在所述加熱步驟S103中，多個所述加熱體131對所述密閉盒2內的所述惰性氣體5A加熱，以使所述惰性氣體5A的溫度介於攝氏1400度~攝氏1500度，續而使所述金屬雜質300被所述惰性氣體5A加熱而汽化。
需要說明的是，在所述抽氣步驟S105中，所述抽氣裝置8通過所
述第二內管口42對所述密閉盒2抽氣以使所述密閉盒2內呈負壓，並且使所述密閉盒2內的壓力不大於5帕斯卡(Pa)，續而使所述惰性氣體5A與呈氣態的所述金屬雜質300被所述抽氣裝置8抽出。
承上所述，所述熱場配件純化方法能用來將至少一個所述熱場配件200純化後並再次利用，以降低切換或調整產品製程所造成的成本損失。
[實施例的有益效果]
本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的所述長晶純化設備100，其能通過“所述進氣蓋5能透過所述內管4向所述密閉盒2輸入所述惰性氣體5A”以及“所述熱場模組13用來加熱位於所述密閉盒2中的所述惰性氣體5A以使所述金屬雜質300被所述惰性氣體5A加熱而汽化”的技術方案，將所述熱場配件200純化後並再次利用，以降低切換或調整產品製程所造成的成本損失。
更進一步來說，本發明所提供的所述長晶純化設備100能通過“所述盒蓋高度D2大於所述盒體高度D1，並且所述盒蓋高度D2以及所述盒體高度D1至少高於任一所述熱場配件200的高度”以及“當所述盒蓋22安裝於所述盒體21時，所述盒蓋22的多個所述側面222可移動地對應貼合於所述盒體21的多個所述側面”的技術方案，使在所述密閉盒2中的所述惰性氣體5A被加熱時，被加熱的所述惰性氣體5A不會輕易地自所述盒體21與所述盒蓋22之間的縫隙溢出。
更進一步來說，本發明所提供的所述長晶純化設備100能通過“所述出氣管43呈X字形，並且所述出氣管43具有用來排放所述惰性氣體5A的多個所述出氣孔”的技術方案，提升所述惰性氣體5A在所述密閉盒2中的擴散速度與均勻度。
更進一步來說，本發明所提供的所述長晶純化設備100能通過
“所述第一密封件6設置於所述進氣蓋5與所述第一外管口31之間的連接處，並且所述第二密封件7環繞設置於所述內管4”的技術方案，使所述惰性氣體5A通過所述內管4時不會溢出。
更進一步來說，本發明所提供的所述長晶純化設備100能通過“所述抽氣裝置8能通過所述第二內管口42對所述密閉盒2抽氣以使所述密閉盒2內呈負壓。其中，當所述密閉盒2內呈負壓時，所述密閉盒2內的壓力不大於5帕斯卡(Pa)”的技術方案，使所述惰性氣體5A與呈氣態的所述金屬雜質300能持續不斷地被所述抽氣裝置8抽出。
以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。
100:長晶純化設備
1:長晶爐
11:爐體
12:爐蓋
13:熱場模組
131:加熱體
2:密閉盒
21:盒體
D1:盒體高度
22:盒蓋
221:頂面
222:側面
D2:盒蓋高度
3:外管
31:第一外管口
32:第二外管口
33:第三外管口
4:內管
41:第一內管口
42:第二內管口
43:出氣管
5:進氣蓋
200:熱場配件
300:金屬雜質
Claims (8)
- 一種長晶純化設備，用來去除至少一個熱場配件上的金屬雜質，所述長晶純化設備包括：一長晶爐，包含一爐體、安裝於所述爐體的一爐蓋、及設置於所述爐體的內側的一熱場模組；一密閉盒，設置於所述熱場模組的內側，並且所述密閉盒包含一盒體以及可拆卸地安裝於所述盒體的一盒蓋；其中，所述盒體用來容納至少一個所述熱場配件；一外管，穿設於所述爐蓋，並且所述外管包含一第一外管口、一第二外管口、及一第三外管口；其中，所述第一外管口與所述第二外管口設置於所述爐蓋相對遠離所述爐體的一側，而所述第三外管口連接於所述盒蓋；一內管，間隔地設置於所述外管的內側，並且所述內管包含一第一內管口與一第二內管口；以及一進氣蓋，連接於所述第一外管口，並且所述進氣蓋能透過所述內管向所述密閉盒輸入一惰性氣體；其中，所述熱場模組用來加熱位於所述密閉盒中的所述惰性氣體以使所述金屬雜質被所述惰性氣體加熱而汽化；一抽氣裝置，所述抽氣裝置連接於所述第二外管口，並且所述抽氣裝置用來通過所述第二外管口抽取所述惰性氣體以及汽化的所述金屬雜質。
- 如請求項1所述的長晶純化設備，其中，所述長晶純化設備進一步包含一第一密封件與一第二密封件，所述第一密封件設置於所述進氣蓋與所述第一外管口之間的連接處，所述第二密封件環繞設置於所述內管。
- 如請求項2所述的長晶純化設備，其中，所述第二密封件的位置對應於所述進氣蓋與所述第一外管口之間的連接處。
- 如請求項1所述的長晶純化設備，其中，所述第二內管口鄰近設置於所述密閉盒的底部，所述內管進一步包含一出氣管，並且所述出氣管連接於所述第二內管口；其中，所述出氣管能用來將所述惰性氣體均勻分布於所述密閉盒中。
- 如請求項4所述的長晶純化設備，其中，所述出氣管呈X字形，並且所述出氣管具有用來排放所述惰性氣體的多個出氣孔。
- 如請求項1所述的長晶純化設備，其中，所述進氣蓋與所述內管於空間上連通以形成一氣密空間。
- 如請求項1所述的長晶純化設備，其中，所述盒蓋包含一頂面以及連接於所述頂面的多個側面，並且任一個所述側面的高度大於所述盒體的高度。
- 一種熱場配件純化方法，用來配合如請求項1的所述長晶純化設備實施，所述熱場配件純化方法包括：一進氣步驟，將所述惰性氣體自所述第一內管口經由所述內管進入設置有至少一個所述熱場配件的所述密閉盒中，以使所述惰性氣體充斥於所述密閉盒中；以及一加熱步驟，使多個加熱體對所述密閉盒內的所述惰性氣體加熱，以使所述惰性氣體的溫度介於攝氏1400度~攝氏1500度，續而使所述金屬雜質被所述惰性氣體加熱而汽化；一抽氣步驟，使所述抽氣裝置通過所述第二內管口對所述密閉盒抽氣以使所述密閉盒內呈負壓，並且使所述密閉盒內的壓力不大於5帕斯卡(Pa)，續而使所述惰性氣體與呈氣態的所述金屬雜質被所述抽氣裝置抽出。
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