專利名稱：節(jié)能型直拉單晶爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直拉單晶生長裝置，屬于半導(dǎo)體生長設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，直拉單晶爐是晶體生長設(shè)備中最重要的產(chǎn)品系列，用它來制作人工晶體，單晶生長速度最高，最容易實(shí)現(xiàn)人工控制，因此也獲得了最廣泛的應(yīng)用。為了生長出大尺寸和高質(zhì)量的單晶，人類幾乎動(dòng)用里一切先進(jìn)的手段。可以說，在單晶爐上集成了材料、機(jī)械、電氣、計(jì)算機(jī)、磁、光、儀等多方面的高端知識(shí)和技術(shù)，是一個(gè)國家機(jī)電一體化設(shè)備制造水平的反映。硅單晶體作為一種半導(dǎo)體材料，一般用于制造集成電路和其它電子元件。大部分的半導(dǎo)體硅單晶體采用直拉法制造，一般采用如下制造方法多晶硅被裝進(jìn)石英坩堝內(nèi)，加熱熔化，然后，將熔硅略做降溫，給予一定的過冷度，把一支特定晶向的硅單晶體(稱做籽晶)裝入硅籽晶夾持器中，硅籽晶夾持器的上端通過連接件與籽晶軸連接，籽晶固定于夾持器的下端，并且使籽晶與硅熔體接觸，通過調(diào)整熔體的溫度和籽晶向上的提升速度，使籽晶體長大，當(dāng)硅晶體的直徑接近目標(biāo)直徑時(shí)，提高提升速度，使單晶體近恒直徑生長。在生長過程的尾期，石英坩堝內(nèi)的硅熔體尚未完全消失，通過增加晶體的提升速度和調(diào)整石英堝內(nèi)的供給熱量，使晶體漸漸減小，從而形成一個(gè)尾形錐體，當(dāng)錐體的尖足夠小時(shí)，晶體就會(huì)與熔體脫離，從而完成晶體的生長過程。拉制III-V族化合物半導(dǎo)體單晶也基本如此。上述操作過程一般單晶爐包括坩堝軸旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置部件、坩堝桿升降驅(qū)動(dòng)裝置、真空爐體部件、液壓驅(qū)動(dòng)裝置、籽晶提升機(jī)構(gòu)部件、真空系統(tǒng)、充氣裝置、水冷系統(tǒng)、加熱控制單元、控制系統(tǒng)等組成。
在充氣裝置中浮子流量計(jì)是以垂直錐形管中的浮子隨著流量變化而升降，改變它們之間的流通面積來進(jìn)行測量得體積流量。一般充氣裝置只能使用于小管徑和低流量，適合作直觀流動(dòng)指示或測量精度要求不高得現(xiàn)場指示儀表，同時(shí)浮子流量計(jì)對流體最低壓力要求很高，應(yīng)高于壓力損失若干倍，用于氣體時(shí)壓力過低容易產(chǎn)生浮子跳動(dòng)，在相同得體積流量指示下，當(dāng)壓力、溫度改變時(shí)，其實(shí)際克分子流量會(huì)發(fā)生較大的變化而造成測量誤差。當(dāng)輸入氬氣的時(shí)候壓力發(fā)生變化時(shí)，就會(huì)對輸入的氬氣流量產(chǎn)生波動(dòng)，從而影響單晶爐爐膛中的真空壓力。隨著直拉單晶硅向大直徑趨勢發(fā)展，老式充氣裝置將無法保證其質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的坩堝軸升降驅(qū)動(dòng)裝置不能有效的保證生產(chǎn)操控穩(wěn)定性及精確度不夠精確不足，本發(fā)明提供一種液壓伺服系統(tǒng)調(diào)節(jié)坩堝桿，該升降驅(qū)動(dòng)裝置不僅能克服了升降過程中蠕動(dòng)或爬行的現(xiàn)象，而且在操作的穩(wěn)定性和便捷程度都有了改進(jìn)。在充氣裝置中，流量控制閥、流量探測器、減速器、變頻電機(jī)和流量控制單元連接，設(shè)置將氬氣輸送到單晶爐的爐膛中，在通過流量探測器時(shí)探測器測量到氣體的流量，流量通過控制單元對流量控制閥進(jìn)行微調(diào)，用戶可以根據(jù)需要再量程范圍內(nèi)任意設(shè)定流量數(shù)值，流量通過控制單元可以自動(dòng)跟蹤流量波動(dòng)，并能自行調(diào)整氣體流量，從而穩(wěn)定單晶爐爐膛中的真空壓力。
本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是由于單晶爐在控制單元在使用中產(chǎn)生大量的諧波，導(dǎo)致電網(wǎng)中的諧波污染非常嚴(yán)重。諧波使電能傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過熱，產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，并使其絕緣老化，使用壽命降低，甚至發(fā)生故障或燒毀；諧波會(huì)引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容補(bǔ)償設(shè)備等設(shè)備燒毀。諧波還會(huì)引起繼電器保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，使電能計(jì)量出現(xiàn)混亂。對于電力系統(tǒng)外部，諧波會(huì)對通信設(shè)備和電子設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，尤其是諧波的存在，常常導(dǎo)致產(chǎn)品品質(zhì)不良，成品率下降，生產(chǎn)成本顯著上升。有的試圖用系統(tǒng)保護(hù)類瞬變、浪涌、高次諧波抑制產(chǎn)品對控制單元進(jìn)行技術(shù)改造，但實(shí)踐應(yīng)用表明單晶爐諧波含量絕大多數(shù)為低次諧波，而系統(tǒng)保護(hù)類產(chǎn)品主要面向高次諧波，因此諧波改善輕微幾乎可忽略，節(jié)能效果難以令人滿意，更為嚴(yán)重的是諧波能量大大超出控制單元承受范圍，長期使用容易損毀，事故頻頻，影響企業(yè)生產(chǎn)的正常進(jìn)行，造成省電不省錢，省電多麻煩的現(xiàn)象，讓廣大用戶非常煩惱。
為了克服現(xiàn)有的加熱控制單元不能消除諧波的不足，本發(fā)明提供一種加熱控制單元，該加熱控制單元不僅能包含低次諧波，還包含浪涌、瞬變及高次諧波，實(shí)現(xiàn)了全頻域覆蓋，消除了浪涌、瞬變及高次諧波對單晶爐的危害和電能的浪費(fèi)，大大提高了設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。在加熱控制單元中，三相平衡變壓器、濾波電容器、電抗器和電阻器組合連接而成，與諧波源并聯(lián)，除起濾波作用外，還兼顧無功補(bǔ)償?shù)男枰?。通過全頻濾波實(shí)現(xiàn)了全頻域覆蓋，消除了浪涌、瞬變及高次諧波對單晶爐系統(tǒng)的危害和電能的浪費(fèi)。對諧波的抑制范圍不僅包含低次諧波，還包含浪涌、瞬變及高次諧波，實(shí)現(xiàn)了全頻域覆蓋，消除了浪涌、瞬變及高次諧波對單晶爐系統(tǒng)的危害和電能的浪費(fèi)，結(jié)合自適應(yīng)調(diào)整內(nèi)部器件參數(shù)，避免諧振點(diǎn)的漂移，提高設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)成本也得到有效控制。通過對單晶爐全頻域諧波的有效濾波，同時(shí)加強(qiáng)了設(shè)備的抗浪涌、瞬變侵害的能力，改善了電力品質(zhì)，降低了設(shè)備損耗，節(jié)約了電能，最終達(dá)到環(huán)保節(jié)能的優(yōu)異效果，同時(shí)提高了產(chǎn)品成品率。
本發(fā)明所要解決的又一個(gè)技術(shù)問題是由永磁直流電機(jī)帶動(dòng)大速比諧波減速器，使?jié)L珠絲杠在超慢速的轉(zhuǎn)動(dòng)來帶動(dòng)滑座的上下移動(dòng)，坩堝桿上套有密封圈與滑座相互連接，從而使坩堝桿隨著滑塊一起上下移動(dòng)。一般降驅(qū)動(dòng)裝置在超慢速的情況下作上下的升降運(yùn)動(dòng)，因?yàn)檑釄鍡U上套有密封圈，所以坩堝桿在作上下運(yùn)動(dòng)是能難克服蠕動(dòng)的缺點(diǎn)，從而影響拉晶過程中對坩堝桿的精密操控性，就會(huì)對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生波動(dòng)。隨著直拉單晶硅向大直徑趨勢發(fā)展，人們對坩堝桿的操控性精密程度要求越來越高，老式坩堝桿升降驅(qū)動(dòng)裝置將無法保證其質(zhì)量。
為了克服現(xiàn)有的坩堝軸升降驅(qū)動(dòng)裝置不能有效的保證生產(chǎn)操控穩(wěn)定性及精確度不夠精確不足，本發(fā)明提供一種液壓伺服系統(tǒng)調(diào)節(jié)坩堝桿，該升降驅(qū)動(dòng)裝置不僅能克服了升降過程中蠕動(dòng)或爬行的現(xiàn)象，而且在操作的穩(wěn)定性和便捷程度都有了改進(jìn)。在升降驅(qū)動(dòng)裝置中，坩堝桿、密封圈、大直徑油缸、流量調(diào)節(jié)器、液壓站、伺服電機(jī)和流量控制單元連接，設(shè)置將坩堝桿作升降工作，在通過坩堝桿上套有密封圈與大直徑油缸連接后，啟動(dòng)伺服電機(jī)使液壓站運(yùn)轉(zhuǎn)，通過流量控制單元對流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行微調(diào)，用戶可以根據(jù)需要的速度范圍內(nèi)任意設(shè)定流量數(shù)值，流量通過控制單元可以自動(dòng)跟蹤速度波動(dòng)，并能自行調(diào)整流量，從而穩(wěn)定對坩堝桿控制。


圖1是本發(fā)明的主機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖。
圖2是本發(fā)明的剖面結(jié)構(gòu)原理圖。
圖3是本發(fā)明的電氣控制原理圖。
圖4是本發(fā)明的加熱裝置構(gòu)造圖。
圖5是本發(fā)明三相平衡變壓器構(gòu)造原理圖。
圖中1.編碼器一，2.晶升電機(jī)，3.晶轉(zhuǎn)電機(jī)，4.密封圈一，5.副室，6.副室提升油缸，7.翻板閥，8.爐蓋，9.主爐室，10.堝轉(zhuǎn)電機(jī)，11.主室提升油缸，12.坩堝軸升降油缸，13.坩堝軸旋轉(zhuǎn)軸，14.坩堝軸旋轉(zhuǎn)電機(jī)，15.諧波減速器，16.編碼器二，17.快速升降電機(jī)，18.移動(dòng)導(dǎo)軌，19.基礎(chǔ)螺釘，20.籽晶桿，21.石英窗口，22.單晶，23.坩堝桿，24.電極，25.變頻充氣系統(tǒng)，26.石墨加熱器，27.中頻加熱電源，28.坩堝，30.真空系統(tǒng)，31.充氣裝置一，32.充氣裝置二，33.進(jìn)水管，34.出水管，36.絕緣支柱，37.連接銅排，38.電纜連線塊39.線圈支柱，40.加熱裝置托板。
具體實(shí)施例方式
在圖1主機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖中，編碼器一將得到的數(shù)據(jù)反饋到控制系統(tǒng)，使控制系統(tǒng)對晶升電機(jī)下達(dá)指令(1)晶升電機(jī)對控制系統(tǒng)下達(dá)的指令做升降動(dòng)作(2)晶轉(zhuǎn)電機(jī)對控制系統(tǒng)下達(dá)的指令做正反轉(zhuǎn)動(dòng)作(3)密封圈一是起到籽晶桿在升降及轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)對副室密封的作用(4)副室(5)副室提升油缸(6)翻板閥(7)爐蓋(8)主爐室(9)堝轉(zhuǎn)電機(jī)對控制系統(tǒng)下達(dá)的指令做升降動(dòng)作(10)主室提升油缸(11)坩堝軸升降油缸(12)坩堝軸旋轉(zhuǎn)軸(13)坩堝軸旋轉(zhuǎn)電機(jī)(14)諧波減速器(15)編碼器二將得到的數(shù)據(jù)反饋到控制系統(tǒng)，使控制系統(tǒng)對坩堝軸旋轉(zhuǎn)電機(jī)下達(dá)指令(16)
在圖2剖面結(jié)構(gòu)原理圖中，晶升電機(jī)對控制系統(tǒng)下達(dá)的指令做升降動(dòng)作(2) 晶轉(zhuǎn)電機(jī)對控制系統(tǒng)下達(dá)的指令做正反轉(zhuǎn)動(dòng)作(3) 主室提升油缸(11) 快速升降電機(jī)(17) 移動(dòng)導(dǎo)軌(18) 基礎(chǔ)螺釘(19) 籽晶桿(20) 石英窗口觀測爐內(nèi)情況(21) 單晶(22) 坩堝桿(23) 電極(24) 變頻充氣系統(tǒng)對充氣口充入的氣體加以控制(25) 石墨加熱器(26) 中頻加熱電源(27) 坩堝(28) 真空系統(tǒng)(30) 充氣裝置一(31) 充氣裝置二(32) 進(jìn)水管將水打入冷卻系統(tǒng)(33) 經(jīng)冷卻系統(tǒng)的水由出水管放出(34)根據(jù)圖3表示焊接操作過程如下；通過主變?nèi)嗥胶庾儔浩鬏敵龅娜嚯娫?A、B、C)與主回路連接，按動(dòng)XJ01上的水泵起動(dòng)按鈕使水泵運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)達(dá)到規(guī)定的水壓后，壓力表接通控制柜電路，通過水位計(jì)觀察水位高度，當(dāng)達(dá)到規(guī)定高度時(shí)。起動(dòng)中頻發(fā)電機(jī)組。此時(shí)，通過控制柜調(diào)整到所需要的焊接電流、電壓和功率因數(shù)等技術(shù)參數(shù)，通過中頻輸出接線座上接通加熱裝置后即可進(jìn)行焊接。
在圖4所示加熱裝置構(gòu)造圖中，進(jìn)水管(33)、連接銅排(37)、電纜連線塊(38)、線圈(26)、線圈支柱(39)、電極(24)、出水管(34)、絕緣支柱(36)、加熱裝置托板(40)在圖5所示三相平衡變壓器構(gòu)造原理圖中A、B、C是通過主變壓器改變電壓后輸出的三相電源。
權(quán)利要求
1.一種節(jié)能型直拉單晶爐，其特征在于包括液壓伺服系統(tǒng)調(diào)節(jié)坩堝桿；在加熱控制單元中，三相平衡變壓器、濾波電容器、電抗器和電阻器組合連接而成，與諧波源并聯(lián)；它還具有變頻充氣裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能型直拉單晶爐，其特征在于在充氣裝置中，流量控制閥、流量探測器、減速器、變頻電機(jī)和流量控制單元連接，設(shè)置將氬氣輸送到單晶爐的爐膛中，在通過流量探測器時(shí)探測器測量到氣體的流量，流量通過控制單元對流量控制閥進(jìn)行微調(diào)，用戶可以根據(jù)需要再量程范圍內(nèi)任意設(shè)定流量數(shù)值，流量通過控制單元可以自動(dòng)跟蹤流量波動(dòng)，并能自行調(diào)整氣體流量，從而穩(wěn)定單晶爐爐膛中的真空壓力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能型直拉單晶爐，其特征在于該在升降驅(qū)動(dòng)裝置中，坩堝桿、密封圈、大直徑油缸、流量調(diào)節(jié)器、液壓站、伺服電機(jī)和流量控制單元連接，設(shè)置將坩堝桿作升降工作，在通過坩堝桿上套有密封圈與大直徑油缸連接后，啟動(dòng)伺服電機(jī)使液壓站運(yùn)轉(zhuǎn)，通過流量控制單元對流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行微調(diào)，用戶可以根據(jù)需要的速度范圍內(nèi)任意設(shè)定流量數(shù)值，流量通過控制單元可以自動(dòng)跟蹤速度波動(dòng)，并能自行調(diào)整流量，從而穩(wěn)定對坩堝桿控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種直拉單晶生長裝置，屬于半導(dǎo)體生長設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。它包括液壓伺服系統(tǒng)調(diào)節(jié)坩堝桿；在加熱控制單元中，三相平衡變壓器、濾波電容器、電抗器和電阻器組合連接而成，與諧波源并聯(lián)；它還具有變頻充氣裝置。本發(fā)明克服現(xiàn)有的坩堝軸升降驅(qū)動(dòng)裝置不能有效的保證生產(chǎn)操控穩(wěn)定性及精確度不夠精確不足，克服現(xiàn)有的加熱控制單元不能消除諧波的不足，同時(shí)也克服現(xiàn)有的坩堝軸升降驅(qū)動(dòng)裝置不能有效的保證生產(chǎn)操控穩(wěn)定性及精確度不夠精確不足。
文檔編號(hào)C30B15/00GK1990916SQ20051011202
公開日2007年7月4日 申請日期2005年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月27日
發(fā)明者周寧, 周建國 申請人:周寧, 周建國