用于從反應(yīng)器移除多晶硅棒的裝置和方法
【專利說明】用于從反應(yīng)器移除多晶硅棒的裝置和方法
[0001]本發(fā)明涉及用于從反應(yīng)器移除多晶硅棒的裝置和方法。
[0002]高純度多晶硅(多晶的硅)用作為用于通過切克勞斯基法(Czochralski，CZ)或區(qū)域融化法(zone melting, ZM)來生產(chǎn)用于半導(dǎo)體的單晶硅的原料，并且用于通過生產(chǎn)光電太陽能電池用的各種拉制和鑄造方法來生產(chǎn)單晶硅或多晶硅的原料。
[0003]多晶娃通常通過西門子法(Siemens process)生產(chǎn)。所述方法中，將包含一種或多種含硅組分和任選的氫氣的反應(yīng)氣體引入至包含經(jīng)直接通電加熱的基底的反應(yīng)器中，其中硅以固體形式沉積在所述基底上。優(yōu)選使用的含硅組分為硅烷(SiH4)、一氯硅烷(SiH3Cl)、二氯硅烷(SiH2Cl2)、三氯硅烷(SiHCl3)、四氯硅烷(SiCl4)或所述物質(zhì)的混合物。
[0004]西門子法通常在沉積反應(yīng)器(還稱為“西門子反應(yīng)器”)中進(jìn)行。在最常見的實(shí)施方案中，所述反應(yīng)器包括金屬底板和可冷卻的鐘件(bell)，所述可冷卻的鐘件以這樣的方式位于底板上，即在所述鐘件內(nèi)部形成反應(yīng)空間。所述底板設(shè)有一個(gè)或多個(gè)進(jìn)氣開口和用于排出反應(yīng)氣體的一個(gè)或多個(gè)排氣開口以及支架，通過所述支架，使基底保持在反應(yīng)空間內(nèi)，并供應(yīng)電力。
[0005]每個(gè)基底通常由兩個(gè)薄的細(xì)長棒和在它們的自由端連接的一般相鄰的棒的橋狀物構(gòu)成。所述的細(xì)長棒垂直地插入至位于反應(yīng)器底部上的電極內(nèi)，通過其而連接至電源。高純度多晶硅沉積在加熱的細(xì)長棒和水平橋狀物上，作為其結(jié)果，其直徑會隨著時(shí)間而增加。在達(dá)到所期望的直徑之后，終止所述方法。
[0006]在這種方法中，可獲得數(shù)米高和數(shù)百公斤重的U型硅棒。對于盡可能經(jīng)濟(jì)的方法來說，需要沉積至最大的棒直徑。
[0007]從反應(yīng)器移除非常大和重的棒是個(gè)問題。所述的移除應(yīng)當(dāng)盡可能低污染地和盡可能經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行，也就是說，應(yīng)當(dāng)是與反應(yīng)器的最小閑置時(shí)間是相關(guān)的。還應(yīng)當(dāng)能夠移除傾斜的、不均勻形狀的(例如橢圓形、棍棒形，也就是說，在不同的棒高度具有變化的棒直徑)棒或彼此安全接觸的棒。
[0008]US 20120237678 Al公開了一種用于移除多晶硅棒的裝置，包含具有外壁的主體，所述主體具有這樣的尺寸以使得所述棒由所述外壁包封，其中每個(gè)外壁均包含門，從而允許觸及至少一個(gè)棒。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，內(nèi)壁內(nèi)襯有聚合物，從而防止多晶娃棒的污染。
[0009]US 20100043972 Al公開了另一種用于移除多晶硅棒的裝置，其包含壁，所述壁具有內(nèi)壁、外壁和在內(nèi)壁和外壁之間的多個(gè)連接件，以及內(nèi)壁和外壁之間的間隙，外壁中的進(jìn)出窗口(access window)，底板，和底板上的多個(gè)接觸點(diǎn)，其中內(nèi)壁和外壁為圓柱形的并且是同心的，所述間隙的大小能夠容納位于底板的接觸點(diǎn)上的多個(gè)硅棒，其中所述進(jìn)出窗口構(gòu)成為使得硅棒的進(jìn)出成為可能。所述棒可以通過進(jìn)出窗口而被抽出。
[0010]如上所述的裝置的缺點(diǎn)在于，在棒傾斜站立的情況中，或者在并非偶然發(fā)生的部分分批掉落的情況中，對于其的使用是不可能的。因此，這種裝置對于多晶硅的經(jīng)濟(jì)性生產(chǎn)就不太實(shí)用。
[0011]DE 10 2009 027 830中所要求保護(hù)的用于從反應(yīng)器抽出多晶硅棒的方法也存在這樣的問題，其中使用基于校準(zhǔn)點(diǎn)的計(jì)算機(jī)控制識別方法的剛性和自動導(dǎo)向在開放的反應(yīng)器的上方操作，并且通過機(jī)械或氣動夾持裝置抓取棒對，并隨后將它們置入輸送裝置中。
[0012]JP 63296840 A公開了一種用于從沉積反應(yīng)器移除硅棒的裝置，其中單獨(dú)的棒對使用夾具來固定，并且在側(cè)面從反應(yīng)器中抬出。
[0013]JP 2002210355 A同樣公開了一種用于移除硅棒的裝置，包含可三維移動的臂，在所述臂的末端安裝夾持裝置，硅棒通過所述夾持裝置可以從反應(yīng)器中抬出。
[0014]這樣的兩個(gè)裝置的缺點(diǎn)在于，所述棒僅可以從完全開放的反應(yīng)器中從外部向內(nèi)抽出。給定硅棒的目標(biāo)移除，例如有時(shí)希望從內(nèi)棒圈的移除，是不可能使用所述裝置實(shí)現(xiàn)的。
[0015]US 20120175613 Al公開了一種用于制造多晶硅片的方法，其由以下構(gòu)成:通過在細(xì)絲上沉積硅來制造多晶硅棒的CVD處理，所述細(xì)絲的一端連接至第一電極，并且所述細(xì)絲的另一端連接至第二電極；用于從反應(yīng)器移除多晶硅棒的處理；和將硅棒粉碎成硅片的處理；其中，在粉碎處理之前，從多晶硅棒的電極端移除至少70mm(縮短處理)。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，在從反應(yīng)器中移除之前，多晶硅棒的表面由聚乙烯袋裝片覆蓋。所述抽出本身可以通過升降機(jī)等的方式來進(jìn)行。關(guān)于如上所述的通過已知裝置的方式移除棒的問題，US20120175613 Al并未提出解決方法或建議。
[0016]本發(fā)明的目的來自于如上所述的問題。
[0017]本發(fā)明涉及用于從包含U型棒對的反應(yīng)器移除多晶硅棒的裝置，包含具有外壁和內(nèi)壁的主體，所述主體的尺寸使得其能夠完全地包封U型棒對，其中由其包封的U型棒對與升降機(jī)、線纜絞盤或抓拾器相互作用，使得所述主體可以與U型棒對一起從反應(yīng)器移除。
[0018]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種裝置的使用不會對反應(yīng)器中其它棒對造成影響。
[0019]本發(fā)明還涉及用于從反應(yīng)器移除多晶硅棒的方法，其中反應(yīng)器包含U型棒對，其中U型棒對中的一對完全由具有外壁和內(nèi)壁的主體包封，并且所述主體與由其包封的棒對一起通過升降機(jī)、線纜絞盤或抓拾器的方式從反應(yīng)器移除。
[0020]所述主體的尺寸優(yōu)選為使得其長度至少相應(yīng)于垂直棒對的高度。
[0021]優(yōu)選地，其長度為至少2.5m。
[0022]其寬度優(yōu)選至少為U型硅棒對的寬度(硅橋狀物+棒直徑)。
[0023]優(yōu)選地，其寬度為至少200mm，特別優(yōu)選至少300mm。
[0024]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)所述主體相對于其最大寬度和深度來構(gòu)建的時(shí)候，就會使得其與相鄰棒對之間的距離最少為lcm，這確保了特別安全和低污染的硅棒移除。
[0025]結(jié)果，即便是長彎或者高棍棒型的棒也可被移除。
[0026]可以毫無問題地移除不穩(wěn)定的多晶娃棒(例如具有高爆米花部分(popcornfract1n)，即高表面粗糙度，或者由于娃棒上的凸起多導(dǎo)致的不穩(wěn)定性)。特別地，在此不存在整批或者單獨(dú)棒對掉落的危險(xiǎn)。
[0027]因?yàn)榘魧σ瞥浅蓪Φ剡M(jìn)行的，所以每個(gè)硅棒對均可以在任何希望的時(shí)間點(diǎn)移除。特別地，由內(nèi)部向外地移除是可能的，這是現(xiàn)有技術(shù)的裝置所無法提供的。
[0028]給定棒對的目標(biāo)移除并不存在任何困難。
[0029]優(yōu)選地，所述主體具有由鋼構(gòu)成的內(nèi)壁。所述