硅单晶棒回收装置及方法、液氮供应装置与流程

本发明涉及集成电路领域，尤其是一种硅单晶棒回收装置及方法、液氮供应装置。

背景技术：

半导体硅单晶体的大部分用切克劳斯基(Czochralski)法制造。在这种方法中，多晶硅被装进石英锅中，加热熔化，然后，将熔硅略做降温，给予一定的过冷度，把一支特定晶向的硅单晶体(称作籽晶)与熔体硅接触，通过调整熔体的温度和籽晶向上提升速度，使籽晶长大至目标直径时，提高提升速度，使单晶体近恒直径生长。在生长过程的尾期，此时锅内的硅熔体尚未完全消失，通过增加晶体的提升速度和调整向锅的供热量将晶体直径见见减小而形成一个尾形椎体，当椎体的尖足够小时，晶体就会与熔体脱离，从而完成晶体的生长过程。

生长出来以后硅单晶棒只有中间的等直径部分可用来切割晶圆，需要去除硅单晶棒的头尾部分，即需要去除掉所述硅单晶棒的引颈部分和缩颈部分。随着所述硅单晶棒直径的加大，所述硅单晶棒的引颈部分和缩颈部分的重量也在逐渐增大，需要对其进行回收利用，以降低成本，提高效益。

目前，通常使用的硅单晶棒回收装置包括一高温炉，一容器和一冲击锤，将待回收的硅单晶棒置于所述高温炉中，升温至400～800℃后，快速引入空气，利用温差的应力使大晶块变成小晶块，然后再放到容器中，利用所述冲击锤反复敲打所述容器中的所述待回收的硅单晶棒，直至将所述待回收的硅单晶棒打碎形成硅单晶碎块。而这整个过程中需要高温炉，造成电能消耗；冲击锤打过程会在硅单晶碎块中引入铁、镍以及铜等金属杂质离子，从而对所述硅单晶碎块造成污染。因此，急需一种节能且无污染的快速回收利用硅单晶棒的装置和方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种硅单晶棒回收装置及方法、液氮供应装置，以解决回收的硅单晶棒碎块中含有金属杂质离子的问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种硅单晶棒回收装置及方法、液氮供应装置，其中，所述硅单晶棒回收装置包括：

一硅单晶棒容器，用于盛装待回收的硅单晶棒；

一盖体，用于盖住并密封所述硅单晶棒容器；

一第一管路，穿过所述盖体与所述硅单晶棒容器连通，且在所述第一管路上设置有一第一阀门；

一第二管路，其一端通过所述硅单晶棒容器的侧壁与其连通，另一端与一液氮供应装置连接，且在所述第二管路上设置有一第二阀门；

一第三管路，其一端通过所述硅单晶棒容器的侧壁与其连通，另一端与一真空装置连接，且在所述第三管路上设置有一第三阀门；以及

一第四管路，通过所述硅单晶棒容器的侧壁与其连通，且在所述第四管路上设置有一第四阀门。

优选的，在上述的硅单晶棒回收装置中，还包括一第五管路，其一端通过所述硅单晶棒容器的侧壁与其连通，另一端与一气体收集装置连接，在所述第五管路上设置有一个第五阀门。

优选的，在上述的硅单晶棒回收装置中，所述第五管路靠近所述盖体设置。

优选的，在上述的硅单晶棒回收装置中，所述第二管路靠近所述硅单晶棒容器的底部设置。

优选的，在上述的硅单晶棒回收装置中，所述第三管路靠近所述硅单晶棒容器的底部设置。

优选的，在上述的硅单晶棒回收装置中，所述第四管路的一端连接于所述第三管路上的一连接点，且所述连接点位于所述第三阀门和所述硅单晶棒容器的侧壁之间。

本发明还提供了一种硅单晶棒回收方法，使用如上所述的硅单晶棒回收装置，包括：

将待回收的硅单晶棒放入到所述硅单晶棒容器中，并将所述盖体盖紧，关闭所述第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门；

打开所述第三阀门，利用所述真空装置使得所述硅单晶棒容器中的气压为真空，然后关闭所述第三阀门；

打开所述第二阀门，利用所述液氮供应装置向所述硅单晶棒容器中冲入液氮，直至液氮淹没所述待回收的硅单晶棒后，关闭所述第二阀门；

打开所述第一阀门，热去离子水通过所述第一管路流入所述硅单晶棒容器中，对所述待回收的硅单晶棒进行淬火，使得所述待回收的硅单晶棒碎裂成硅单晶碎块，然后关闭所述第一阀门；

打开所述第四阀门，通过所述第四管道排干所述硅单晶棒容器中的水，然后收集所述硅单晶碎块。

优选的，在上述的硅单晶棒回收方法中，还包括：

在打开所述第一阀门的之前，打开所述第五阀门，利用所述气体收集装置收集所述硅单晶棒容器中的氮气。

本发明更提供了一种液氮供应装置，包括：

一液氮桶，用于盛装液态氮，所述液氮桶上设置有一第一液氮管路和一第二液氮管路，所述液氮桶通过所述第一液氮管路输出氮气，所述第二液氮管路与如上所述的硅单晶棒回收装置连接。

优选的，在上述的液氮供应装置中，所述第一液氮管路上设置有一蒸发器，将液态氮蒸发为氮气。

在本发明提供的硅单晶棒回收装置及方法、液氮供应装置中，将待回收的硅单晶棒放入到所述硅单晶棒容器中，首先打开所述第三阀门，使所述硅单晶棒容器内的气压为真空后，关闭所述第三阀门。然后打开所述第二阀门，使所述硅单晶棒容器中的所述待回收的硅单晶棒被液氮淹没后，关闭所述第二阀门。其次打开所述第一阀门，利用热去离子水对所述待回收的硅单晶棒进行淬火，使得所述待回收的硅单晶棒快速碎裂成硅单晶碎块，然后关闭所述第一阀门。最后打开所述第四阀门，将所述硅单晶棒容器中的水排干，即可收集所述硅单晶碎块。在整个过程中，不会引入其他杂质，实现了无污染且快速的回收硅单晶棒，方便后续使用，降低了成本，提高了效益。充分利用液态氮的冷能，而且处理后的液态氮可继续供给工厂使用。

附图说明

图1为本发明实施例中硅单晶棒回收装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中硅单晶棒回收方法的流程图；

图3为本发明实施例中液氮供应装置的结构示意图；

图中：101-硅单晶棒容器；102-盖体；103-第一管路；104-第一阀门；105-第二管路；106-第二阀门；107-第三管路；108-第三阀门；109-第四管路；110-第四阀门；111-第五管路；112-第五阀门；

201-液氮桶；202-第一液氮管路；203-第二液氮管路；204-蒸发器；205-硅单晶棒回收装置。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明实施例提供了一种硅单晶棒回收装置，如图1所示，包括：一硅单晶棒容器101，用于盛装待回收的硅单晶棒。一般的，所述待回收的硅单晶棒的直径较大，例如为100毫米-300毫米直径。

一盖体102，用于盖住并密封所述硅单晶棒容器101的开口，使得所述单晶棒容器101密封，不会漏气。

一第一管路103，所述第一管路103穿过所述盖体102与所述硅单晶棒容器101连通，且在所述第一管路103上设置有一第一阀门104。所述第一管路103用于引入热去离子水。也就是说，热去离子水通过所述第一管路103进入到所述硅单晶棒容器101中，并对其中的所述待回收的硅单晶棒进行淬火，使得大直径的所述待回收的硅单晶棒快速碎裂成小块，形成小直径的硅单晶碎块。一般的，所述硅单晶碎块的直径为10毫米-80毫米。

并且通过所述第一阀门104控制热去离子水的开关。当需要用所述热去离子水对所述待回收的硅单晶棒进行淬火时，打开所述第一阀门104。当淬火完毕或者不需要时，关闭所述第一阀门104。操作方便，安全。

在本实施例中，所述第一管路103与所述盖体102的上表面垂直，也就是说与所述硅单晶棒容器101的侧壁平行设置。且所述第一管路103连接于所述盖体102的中心。但所述第一管路103的设置并不限制与此，在本发明的其他实施例中，还可以有其他设置方法，例如，所述第一管路103并不一定连接于所述盖体102的中心，即所述第一管路103与所述盖体102的连接点可以偏离所述盖体的中心。

一第二管路105，其一端通过所述硅单晶棒容器101的侧壁与其连通，另一端与一液氮供应装置连接，且在所述第二管路105上设置有一第二阀门106。所述第二管路105为一液氮提供管路，即液氮通过所述第二管路105流入到所述硅单晶棒容器101中。所述第二管路105靠近所述硅单晶棒容器101的底部设置，使得液氮能够通过所述第二管路105缓缓流入到所述硅单晶棒容器101中。

所述第二阀门106用于控制所述第二管路105的打开和关闭。当需要向所述硅单晶棒容器101中冲入液氮时，就将所述第二阀门106打开。当不需要向所述硅单晶棒容器101中冲入液氮时，就将所述第二阀门106关闭。

一第三管路107，其一端通过所述硅单晶棒容器101的侧壁与其连通，另一端与一真空装置连接，且在所述第三管路107上设置有一第三阀门108。所述第三管路107与所述真空装置连接，利用所述真空装置通过所述第三管路107使得所述硅单晶棒容器101中的气压为真空，方便液氮流入到所述硅单晶棒容器101中。

所述第三管路107也靠近所述硅单晶棒容器101的底部设置。当然在本发明的其他实施例中，所述第三管路107也可以设置在所述硅单晶棒容器101的侧壁的其他位置。

所述第三阀门108用于控制所述第三管路107的打开和关闭。打开所述第三阀门108，则所述真空装置将所述硅单晶棒容器101中的气体抽出。当所述对单晶棒容器101中的气压接近真空时，关闭所述第三阀门108，然后再打开所述第一阀门104。

一第四管路109，通过所述硅单晶棒容器101的侧壁与其连通，且在所述第四管路109上设置有一第四阀门110。由于在回收所述待回收的硅单晶棒的过程中，会有热离子水流入到所述硅单晶棒容器101中。当操作完成后，所述硅单晶棒容器101中只有水和所述硅单晶碎块，只要将所述硅单晶棒容器101中的水排干，即可直接获得所述硅单晶碎块。所述第四管路109就是用于排干所述硅单晶棒容器101中的水。

所述第四管路109也靠近所述硅单晶棒容器101的底部设置，方便所述硅单晶棒容器101中的水能够全部干净的排出。当所述第三管路107也靠近所述硅单晶棒容器101的底部设置时，所述第四管路109的一端连接于所述第三管路107上的一连接点，所述连接点位于所述第三阀门108和所述硅单晶棒容器101的侧壁之间。

所述第四阀门110用于控制所述第四管路109的打开和关闭。在对所述硅单晶棒容器101中的所述待回收的硅单晶棒淬火完成之前，所述第四阀门110一直处于关闭状态。只有当淬火完成，所述待回收的硅单晶棒变成小直径的所述硅单晶碎块，才会打开所述第四阀门110，将所述硅单晶棒容器101中的水排干。

在淬火过程中，所述硅单晶棒容器101中液氮会变成氮气，生成的氮气会增大所述硅单晶棒容器101中的气压，需要将生成的氮气排出试试硅单晶棒容器101。而排出的氮气还可以回收进行二次利用。

因此，所述硅单晶棒回收装置还包括一第五管路111，其一端通过所述硅单晶棒容器101的侧壁与其连通，另一端与一气体收集装置连接，在所述第五管路111上设置有一个第五阀门112。由于氮气的密度小于水和所述硅单晶碎块，因此所述第五管路111靠近所述盖体102设置。

所述第五阀门112用于控制所述第五管路111的打开和关闭。当在向所述硅单晶棒容器101中冲入适量的液氮，准备的打开所述第一阀门104之前，就将所述第五阀门112打开，使得在淬火过程中生成的氮气通过所述第五管路111排出到所述气体收集装置，以减小所述硅单晶棒容器101中的气压。收集到的氮气还可以进行再次利用。

本发明实施例还提供了一种使用上述硅单晶棒回收装置的方法，具体的，如图2所示，包括以下步骤：

S1：将待回收的硅单晶棒放入到所述硅单晶棒容器中，并将所述盖体盖紧，关闭所述第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门。

S2：打开所述第三阀门，利用所述真空装置使得所述硅单晶棒容器中的气压为真空，然后关闭所述第三阀门。

S3：打开所述第二阀门，利用所述液氮供应装置向所述硅单晶棒容器中冲入液氮，直至液氮淹没所述待回收的硅单晶棒后，关闭所述第二阀门。

S4：打开所述第五阀门，利用所述气体收集装置收集所述硅单晶棒容器中的氮气。

S5：打开所述第一阀门，热去离子水通过所述第一管路流入所述硅单晶棒容器中，对所述待回收的硅单晶棒进行淬火，使得所述待回收的硅单晶棒碎裂成硅单晶碎块，然后关闭所述第一阀门。

S6：打开所述第四阀门，通过所述第四管道排干所述硅单晶棒容器中的水，然后收集所述硅单晶碎块。

在整个过程中，液氮中的氮以氮气的形式通过所述第五管路排出，热去离子水对所述待回收的硅单晶棒进行淬火后形成水，通过所述第四管路排出，在所述硅单晶棒容器中只有无污染的所述硅单晶碎块，从而实现了快速的无污染的硅单晶棒碎裂回收。

本发明实施例还提供了一种液氮供应装置，如图3所示，包括：

一液氮桶201，用于盛装液态氮，所述液氮桶201上设置有一第一液氮管路202和一第二液氮管路203，所述液氮桶201通过所述第一液氮管路202输出高纯度氮气，所述第二液氮管路203与本发明实施例中的硅单晶棒回收装置205连接。

所述第一液氮管路202上设置有一蒸发器204，将液态氮蒸发为氮气，为工艺制程过程中提供高纯度的氮气。

综上，在本发明实施例提供的硅单晶棒回收装置及方法、液氮供应装置中，将待回收的硅单晶棒放入到所述硅单晶棒容器中，首先打开所述第三阀门，使所述硅单晶棒容器内的气压为真空后，关闭所述第三阀门。然后打开所述第二阀门，使所述硅单晶棒容器中的所述待回收的硅单晶棒被液氮淹没后，关闭所述第二阀门。其次打开所述第一阀门，利用热去离子水对所述待回收的硅单晶棒进行淬火，使得所述待回收的硅单晶棒快速碎裂成硅单晶碎块，然后关闭所述第一阀门。最后打开所述第四阀门，将所述硅单晶棒容器中的水排干，即可收集所述硅单晶碎块。在整个过程中，不会引入其他杂质，实现了无污染且快速的回收硅单晶棒，方便后续使用，降低了成本，提高了效益。充分利用液态氮的冷能，而且处理后的液态氮可继续供给工厂使用。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。