用于單晶爐的外部裝料機構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及直拉硅單晶生長設(shè)備的輔助設(shè)備，旨在提供用于單晶爐的外部裝料機構(gòu)。該用于單晶爐的外部裝料機構(gòu)包括石英坩堝、真空吸盤、手動真空閥、真空表、密封圈和真空泵，真空吸盤上設(shè)有至少兩個氣咀，分別連接有手動真空閥和真空表，手動真空閥通過氣咀與真空泵連接，真空吸盤通過密封圈和石英坩堝密封連接。本發(fā)明能在拉晶的任何時候?qū)⒍嗑Ч枇涎b入石英坩堝內(nèi)，不需要等待擦爐完畢，再將石英坩堝先放入熱場內(nèi)再進行。使裝料過程由全人工轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械化，節(jié)約了裝料的時間，使操作更簡單、便捷，同時也避免了裝料過程中多晶硅原料碎屑掉入熱場內(nèi)帶來必要的損失。
【專利說明】用于單晶爐的外部裝料機構(gòu)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于直拉硅單晶生長設(shè)備的輔助設(shè)備，特別涉及用于單晶爐的外部裝料機構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]直拉單晶硅生長爐是目前世界上最主要的單晶硅生產(chǎn)設(shè)備。采用直拉單晶制造法生產(chǎn)出高質(zhì)量的硅晶體。根據(jù)單晶硅的原子排列和結(jié)晶規(guī)律，將原料多晶硅塊放入石英坩堝中，在單晶爐內(nèi)加熱使其融化，控制溫度，確保融化后的硅溶液可以在液面結(jié)晶。再將一個直徑10_左右的棒狀單晶硅(籽晶)緩慢的放入液面，使其一部分浸泡在溶液中，在合適的溫度下，硅溶液的硅原子會在籽晶的影響下隨著它的原子排列結(jié)構(gòu)在溶液表面結(jié)晶，形成硅單晶。通過籽晶夾頭將單晶平穩(wěn)的向上提起并加上合適的旋轉(zhuǎn)，在穩(wěn)定的環(huán)境下，硅溶液可以連續(xù)不斷的結(jié)晶，最后形成一個主體圓柱狀的硅單晶體。
[0003]裝料是直拉單晶爐生產(chǎn)過程中非常重要的一步。目前直拉硅單晶爐裝料的方法大都采用采用全手工操作，其操作步驟包括原料運輸?shù)綘t前，把坩堝放入爐內(nèi)熱場，將原料一點點從爐體外轉(zhuǎn)移到坩堝內(nèi)。整個過程非常緩慢，而且裝料過程中要避免硅料碎屑落入熱場內(nèi)，因此操作起來較繁瑣。自從直拉法硅單晶生長爐投入使用直到現(xiàn)在，這樣的狀況始終未能得到有效改進。此外，直拉單晶爐是將其他準備工作做好，待坩堝放入爐體內(nèi)以后才可以往坩堝內(nèi)裝料，不可以在其他時間裝料。節(jié)省裝料時間，使裝料的過程操作簡單安全，一直是相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)想要突破的一個技術(shù)難點。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供能縮短裝料時間和裝料過程操作簡單安全的外部裝料機構(gòu)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是:
[0005]提供用于單晶爐的外部裝料機構(gòu)，包括用于裝多晶硅原料的石英坩堝，還包括真空吸盤、手動真空閥、真空表、密封圈和真空泵，真空吸盤上設(shè)有至少兩個氣咀，一個氣咀連接有手動真空閥，另外一個氣咀連接有真空表，手動真空閥上設(shè)有氣咀，手動真空閥上的氣咀通過波紋管與真空泵連接，且波紋管與手動真空閥上的氣咀采用快卸連接方式；真空吸盤上設(shè)置有密封圈，并通過密封圈和石英坩堝密封連接，真空泵用于將石英坩堝和真空吸盤形成的密封腔體抽成真空，真空表用于測量石英坩堝和真空吸盤形成的密封腔體內(nèi)的大氣壓力。
[0006]作為進一步的改進，所述真空吸盤上的密封圈采用L形密封圈。
[0007]作為進一步的改進，所述波紋管與手動真空閥上的氣咀采用快卸法蘭連接。
[0008]作為進一步的改進，所述真空吸盤是金屬材質(zhì)的真空吸盤。
[0009]作為進一步的改進，所述真空吸盤上的氣咀設(shè)有三個，用于變換手動真空閥的連接位置。
[0010]作為進一步的改進，所述外部裝料機構(gòu)還包括運輸裝置，用于移動石英坩堝；運輸裝置采用裝料小車，裝料小車上設(shè)有擋塊和減震裝置，減震裝置采用減震彈簧。[0011]作為進一步的改進，所述外部裝料機構(gòu)還包括用于將石英坩堝和真空吸盤整體吊裝放入單晶爐熱場內(nèi)的起吊裝置，真空表上設(shè)有一個吊環(huán)，起吊裝置通過吊環(huán)對石英坩堝和真空吸盤整體進行起吊和移動操作，起吊裝置與吊環(huán)之間設(shè)有提升緩沖彈簧。
[0012]作為進一步的改進，所述起吊裝置采用全自動液壓吊車。
[0013]提供基于所述的用于單晶爐的外部裝料機構(gòu)的控制方法，全自動液壓吊將裝滿多晶硅原料的石英坩堝吊裝到單晶爐熱場內(nèi)時，將真空吸盤和石英坩堝看作是兩個半球，當其內(nèi)部的空氣被抽出時，在大氣壓P。的作用下，真空吸盤和石英坩堝緊緊吸合在一起，吊裝過程滿足公式:F ^ KXmg, F= (P0-p) * Ji d2/4，其中K為安全系數(shù)，m為石英坩堝和多晶硅原料的總質(zhì)量，g為重力加速度，F(xiàn)為真空吸盤對石英坩堝的吸力，P。為大氣壓，P為石英坩堝和真空吸盤形成的密封腔體內(nèi)的氣壓，d為石英坩堝的直徑；單晶爐熱場為18~24寸，多晶硅原料的最大裝料量不大于200Kg，石英坩堝質(zhì)量不大于20Kg，即m不大于220Kg，d不小于450mm，大氣壓P。的值為1.013 X IO5Pa,安全系數(shù)K的值取6.5，得出吊裝過程中，石英坩堝和真空吸盤形成的密封腔體內(nèi)的氣壓值P小于IXlO4Pa,即保證吊裝時真空表的讀數(shù)小于 IXlO4Pa0
[0014]本發(fā)明的工作原理:使用一個真空吸盤和一個特制的密封圈與裝滿多晶硅原料的石英坩堝密封，可以通過手動真空閥的氣嘴對其抽真空，運輸裝置用來運輸裝好多晶硅原料的石英坩堝，全自動液壓吊車用來將裝好的多晶硅原料和石英坩堝一起吊入單晶爐的熱場內(nèi)。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0016]能在拉晶的任何時候?qū)⒍嗑Ч枇涎b入石英坩堝內(nèi)，不需要等待擦爐完畢，再將石英坩堝先放入熱場內(nèi)再進行。使裝料過程由全人工轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械化，節(jié)約了裝料的時間，使操作更簡單、便捷，同時也避免了裝料過程中多晶硅原料碎屑掉入熱場內(nèi)帶來必要的損失。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明用于單晶爐的外部裝料機構(gòu)工作時的三維示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明用于單晶爐的外部裝料機構(gòu)裝好料抽真空時的示意圖。
[0019]圖3為本發(fā)明用于單晶爐的外部裝料機構(gòu)為單晶爐裝料時的示意圖。
[0020]圖4為本發(fā)明用于單晶爐的外部裝料機構(gòu)的原理計算公式示意圖。
[0021]圖中的附圖標記為:1全自動液壓吊車；2提升緩沖彈簧；3真空表；4手動真空閥；5真空吸盤；6L形密封圈；7石英坩堝；8多晶硅原料；9裝料小車；10波紋管；11真空泵；12單晶爐；13手持操作開關(guān)。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細描述:
[0023]圖1、圖2中的用于單晶爐的外部裝料機構(gòu)包括石英坩堝7、真空吸盤5、手動真空閥4、真空表3和真空泵11。真空吸盤5是金屬材質(zhì)制作而成的，并利用特制的L形密封圈6和石英坩堝7密封連接。真空吸盤5上設(shè)有三個氣咀，一個氣咀連接有手動真空閥4，用來控制石英坩堝7內(nèi)部與外界的氣體通氣口，另外一個氣咀連接有真空表3，通過真空表3的讀數(shù)來判斷石英坩堝7內(nèi)部的真空情況，這里三個氣咀的設(shè)計可以靈活多變地選擇兩個氣咀進行使用。手動真空閥4上設(shè)有氣咀，手動真空閥4上的氣咀通過波紋管10與真空泵11連接，真空吸盤5和石英坩堝7密封后可以利用真空泵11對其進行抽真空，使它們緊密吸合。波紋管10與手動真空閥4上的氣咀采用快卸連接方式，快卸連接方式優(yōu)選快卸法蘭。
[0024]外部裝料機構(gòu)還包括用于移動石英坩堝7的運輸裝置，這里采用裝料小車9作為運輸裝置。裝料小車9上設(shè)有擋塊和減震裝置，可避免運輸過程中因震動對石英坩堝7造成損壞。這里采用減震彈簧作為減震裝置 。
[0025]如圖3所示，外部裝料機構(gòu)還設(shè)有起吊裝置，用于將裝有多晶硅原料8的石英坩堝7和真空吸盤5整體吊裝放入單晶爐12熱場內(nèi)。真空吸盤5的真空表3上設(shè)有一個吊環(huán)，起吊裝置通過吊環(huán)與安裝有真空吸盤5的石英坩堝7連接，且起吊裝置與吊環(huán)之間設(shè)有提升緩沖彈簧2。這里采用全自動液壓吊車I作為起吊裝置。
[0026]全自動液壓吊將裝滿多晶硅原料8的石英坩堝7吊裝到單晶爐12熱場內(nèi)時，如圖4所示，將真空吸盤5和石英坩堝7看作是兩個半球，當其內(nèi)部的空氣被抽出時，在大氣壓P。的作用下，真空吸盤5和石英坩堝7緊緊吸合在一起。吊裝過程滿足公式:F≥KXmg, F=(Ρ0-ρ) * π d2/4,其中K為安全系數(shù)，m為石英坩堝7和多晶娃原料8的總質(zhì)量，g為重力加速度，F(xiàn)為真空吸盤5對石英坩堝7的吸力，P0為大氣壓，P為石英坩堝7和真空吸盤5形成的密封腔體內(nèi)的氣壓，d為石英坩堝7的直徑。單晶爐12熱場為18~24寸，多晶硅原料8的最大裝料量不大于200Kg，石英坩堝7質(zhì)量不大于20Kg，即m不大于220Kg，d不小于450mm,大氣壓P。的值為1.013 X IO5Pa,安全系數(shù)K的值取6.5，得出吊裝過程中，石英坩堝7和真空吸盤5形成的密封腔體內(nèi)的氣壓值P小于I X IO4Pa,即保證吊裝時真空表3的讀數(shù)小于I X IO4Pa,外部裝料過程中石英坩堝7不會與真空吸盤5脫開，發(fā)生意外。此原理說明外部裝料機構(gòu)適用于任何規(guī)格石英坩堝7的單晶爐12。
[0027]使用時，利用本發(fā)明為單晶爐12進行裝料的具體方法為:
[0028]首先將石英坩堝7拆封檢查好放置在裝料小車9上，往石英坩堝7里裝多晶硅原料8，裝滿之后在石英坩堝7上沿貼上L形密封圈6，將真空吸盤5蓋在貼好L形密封圈6的石英坩堝7上，在手動真空閥4的氣咀上連接波紋管10，波紋管10的另一端連接真空泵
11。記錄此時真空表3的初始讀數(shù)，然后開啟真空泵11，并緩緩開啟手動真空閥4，觀察真空表3的指針變化。當指針接近-0.1MPa時，關(guān)緊手動真空閥4，關(guān)閉真空泵11，拆除手動真空閥4氣咀上連接的波紋管10。接著放置10分鐘，觀察真空表3的指針有無變化，以確認是否漏氣。
[0029]確認石英坩堝7和真空吸盤5組成的密閉腔體不漏氣后，將裝料小車9推到需要裝料的單晶爐12旁邊的指定位置。用全自動液壓吊車I將真空吸盤5連同石英坩堝7以及其內(nèi)部的多晶硅原料8 —起吊入單晶爐12內(nèi)的石墨堝中，待裝滿多晶硅原料8的石英坩堝7安全平穩(wěn)的放入石墨堝后，緩緩開啟手動真空閥4開始向密閉腔體內(nèi)充氣，觀察真空表3指針的變化，待其回到一開始記錄的初始讀數(shù)時，充氣完成。最后用全自動液壓吊車I將真空吸盤5吊起并移開，拿掉L形密封圈6，即完成整個單晶爐12外部裝料過程。
[0030]最后，需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實施例，還可以有很多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容中直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認為是本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.用于單晶爐的外部裝料機構(gòu)，包括用于裝多晶硅原料的石英坩堝，其特征在于，還包括真空吸盤、手動真空閥、真空表、密封圈和真空泵，真空吸盤上設(shè)有至少兩個氣咀，一個氣咀連接有手動真空閥，另外一個氣咀連接有真空表，手動真空閥上設(shè)有氣咀，手動真空閥上的氣咀通過波紋管與真空泵連接，且波紋管與手動真空閥上的氣咀采用快卸連接方式；真空吸盤上設(shè)置有密封圈，并通過密封圈和石英坩堝密封連接，真空泵用于將石英坩堝和真空吸盤形成的密封腔體抽成真空，真空表用于測量石英坩堝和真空吸盤形成的密封腔體內(nèi)的大氣壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于單晶爐的外部裝料機構(gòu)，其特征在于，所述真空吸盤上的密封圈采用L形密封圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于單晶爐的外部裝料機構(gòu)，其特征在于，所述，波紋管與手動真空閥上的氣咀采用快卸法蘭連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于單晶爐的外部裝料機構(gòu)，其特征在于，所述真空吸盤是金屬材質(zhì)的真空吸盤。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于單晶爐的外部裝料機構(gòu)，其特征在于，所述真空吸盤上的氣咀設(shè)有三個，用于變換手動真空閥的連接位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于單晶爐的外部裝料機構(gòu)，其特征在于，所述外部裝料機構(gòu)還包括運輸裝置，用于移動石英坩堝；運輸裝置采用裝料小車，裝料小車上設(shè)有擋塊和減震裝置，減震裝置采用減震彈簧。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于單晶爐的外部裝料機構(gòu)，其特征在于，所述外部裝料機構(gòu)還包括用于將石英坩堝和真空吸盤整體吊裝放入單晶爐熱場內(nèi)的起吊裝置，真空表上設(shè)有一個吊環(huán)，起吊裝置通過吊環(huán)對石英坩堝和真空吸盤整體進行起吊和移動操作，起吊裝置與吊環(huán)之間設(shè)有提升緩沖彈簧。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于單晶爐的外部裝料機構(gòu)，其特征在于，所述起吊裝置采用全自動液壓吊車。
9.基于權(quán)利要求8所述的用于單晶爐的外部裝料機構(gòu)的控制方法，其特征在于，全自動液壓吊將裝滿多晶硅原料的石英坩堝吊裝到單晶爐熱場內(nèi)時，將真空吸盤和石英坩堝看作是兩個半球，當其內(nèi)部的空氣被抽出時，在大氣壓P。的作用下，真空吸盤和石英坩堝緊緊吸合在一起，吊裝過程滿足公式:F≥KXmg，F(xiàn)= (Ptj-P)* d2/4，其中K為安全系數(shù)，m為石英坩堝和多晶硅原料的總質(zhì)量，g為重力加速度，F(xiàn)為真空吸盤對石英坩堝的吸力，P。為大氣壓，P為石英坩堝和真空吸盤形成的密封腔體內(nèi)的氣壓，d為石英坩堝的直徑；單晶爐熱場為18~24寸，多晶硅原料的最大裝料量不大于200Kg，石英坩堝質(zhì)量不大于20Kg，即m不大于220Kg，d不小于450mm，大氣壓P。的值為1.013 X IO5Pa,安全系數(shù)K的值取6.5，得出吊裝過程中，石英坩堝和真空吸盤形成的密封腔體內(nèi)的氣壓值P小于IX IO4Pa,即保證吊裝時真空表的讀數(shù)小于I X IO4Pa0
【文檔編號】C30B15/00GK103643285SQ201310643320
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】朱亮, 曹建偉, 王巍, 孫明, 沈興潮 申請人:杭州慧翔電液技術(shù)開發(fā)有限公司, 浙江晶盛機電股份有限公司