一种单晶炉取棒辅助装置的制作方法

本发明涉及一种单晶炉取棒辅助装置，用于直拉硅单晶炉内取棒。

背景技术：

现在集成电路的线宽已进入了纳米时代，直径越大的硅片，所能刻制的集成电路越多，芯片的成本也就越低，随着国内和国际市场对大直径单晶硅片需求量和尺寸的快速增加，单晶硅棒的市场需求也呈快速增长的趋势。单晶硅片从最初6英寸、8英寸，发展到现在的12英寸(300毫米)乃至18英寸(450毫米)，单晶硅棒是生产单晶硅片的原材料，因此不论是技术还是成本上硅片的发展也对单晶硅棒尺寸提出了更高的要求。

单晶硅按晶体生长方法的不同，分为直拉法(CZ)、区熔法(FZ)和外延法。直拉法生长的单晶硅主要用于半导体集成电路、二极管、外延片衬底、太阳能电池，目前约85％的半导体硅单晶体采用直拉法。在该方法中多晶硅被装进石英坩埚内，加热熔化，然后将熔硅略做降温，给予一定的过冷度，将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拉速度，使籽晶形成细颈在高速下生长一定长度，降低晶体提拉速度和熔体温度使晶体长大至近目标直径，再提高提拉速度使单晶体近恒直径生长。在生长过程的末期，此时坩埚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坩埚的供热量将晶体直径渐渐减小而形成一个尾形锥体，当锥体的尖足够小时，晶体就会与熔体脱离，从而完成晶体的生长过程，得到一根单晶硅棒。

为了降低成本，许多工厂都采用增加热场尺寸，加大装料量的方法。例如16英寸热场装料可以达到60kg，而20英寸热场装料可以超过100kg，28英寸热场装料达到250KG，32英寸热场装料甚至可以超过350kg。随着热场的增大，装料量的增加，单晶的直径和重量也越来越大。原有的取单晶方法也存在一定的局限性，如将单晶尾部落入炉内，更大的直径、重量会造成人员操作困难，也会对目前所使用的石墨坩埚等部件(尤其是大热场普遍采用高价值轻薄材料如碳/碳复合材料坩埚)造成损伤；原有的液压单晶机械臂也无法进行操作。因此，如何快速安全的实现单晶取棒操作是十分有意义的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种单晶炉取棒辅助装置，用于直拉硅单晶炉内取棒，特别是大尺寸单晶棒。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种单晶炉取棒辅助装置，包括外环型圈、内环型圈及单晶吊篮，其中外环型圈和内环型圈分别由两个半圆环构成，外环型圈与内环型圈之间通过数个联接杆联接；构成外环型圈的两个半圆环之间通过螺栓连接；

外环型圈的下端沿圆周方向设有凹槽，该凹槽用于将外环型圈卡在单晶炉筒的外沿上；内环型圈的上端内侧沿圆周方向设有开槽；

单晶吊篮由多个单晶套环和多根吊装带组成，多个单晶套环通过多根吊装带相互连接，纵向排列；位于最上方的单晶套环设置在所述内环型圈的开槽上，位于最下方的单晶套环为可伸缩圈。

优选地，所述可伸缩圈由吊装带与活动卡扣构成，所述可伸缩圈的直径根据单晶尾部中段直径设定。

优选地，所述单晶吊篮最上方的套环的直径大于所述内环型圈的内径，小于所述开槽的外径，从而保证单晶套环落在内环型圈的开槽上而不会滑落。

所述内环型圈、外环型圈、联接杆、单晶套环的材质为不锈钢或铁；所述单晶套环的表面包覆耐高温橡胶；所述吊装带的材质为合成纤维。

本发明的优点在于：

本发明用于直拉硅单晶炉取棒(特别是大尺寸单晶棒)，可将单晶棒直接落入装置内，通过天车将装置内的吊篮连同单晶一并取出，并放置于单晶车内。通过该装置取单晶棒时，可以避免单晶落入炉内对石墨埚或CFC埚(碳/碳复合材料坩埚)等石墨部件造成损伤，同时也可以减少操作者取棒的劳动强度，防止取棒过程可能带来的人员伤害和产品损伤。

附图说明

图1为本发明的单晶炉取棒辅助装置组装后的结构示意图。

图2为本发明的单晶炉取棒辅助装置中的内、外环型圈组装后的俯视图。

图3为图2中沿A-A的剖面图。

图4为本发明的单晶炉取棒辅助装置中的单晶吊篮的结构示意图。

图5为本发明单晶炉辅助取棒装置安装在直拉法硅单晶炉系统内的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明，但本发明并不限于此。

如图2所示，本发明的单晶炉取棒辅助装置包括外环型圈3、内环型圈4及 单晶吊篮1，其中外环型圈3和内环型圈4组成的环形圈2分别由两个半圆环构成，外环型圈3与内环型圈4之间通过数个联接杆5联接。构成外环型圈的两个半圆环之间通过螺栓6连接。

如图3所示，外环型圈3的下端沿圆周方向设有凹槽8，该凹槽用于将外环型圈卡在单晶炉筒的外沿上；内环型圈4的上端内侧设有开槽7。

单晶吊篮1由多个单晶套环和多根吊装带组成，单晶套环和吊装带的数量可以根据实际需要选择。如图4所示，单晶吊篮1由四个单晶套环10、11、13、14和多根吊装带9、12组成。多个的单晶套环10、11、13、14分别通过四根双层吊装带12连接，最下方的单晶套环14为由另一根吊装带和活动卡扣15形成可伸缩圈，该可伸缩圈从最下方封死的双层带之间通过，单晶尾部可落入其中。最上方的单晶套环10的直径大于内环型圈4的内径，而小于开槽7的外径，须在内环型圈的凹槽的内径和外径之间，即保证单晶套环10可以落在内环型圈的开槽上而不至于滑落。

由此可见，内环型圈4上的开槽7用于承载单晶吊篮最上方的单晶套环10，因此，只要保证单晶套环10不会滑落，开槽7的形状可以此为前提任意选择。

在本发明的单晶炉取棒辅助装置中，内环型圈、外环型圈、联接杆、单晶套环的材质为不锈钢或铁，在单晶套环的表面包覆有耐高温橡胶以避免单晶接触金属造成污染，影响产品质量；吊装带的材质为合成纤维。

在将该装置用于单晶炉取棒时，将单晶棒先升高至炉筒水平面以上，将构成外环型圈3和内环形圈4的两个半圆环置于炉筒上，使得外环型圈3的凹槽8卡在炉筒外沿上，然后通过螺栓6将两个半圆环连接锁死。如图1所示，将单晶吊篮1的单晶套环10置入内环型圈的凹槽7上，单晶套环的最下方可伸缩圈按照单晶尾部中段直径设定，慢慢将单晶落入单晶吊篮1内。然后通过天车连接吊篮的两根吊装带9，将装置内的吊篮连同单晶一起取出，并放置于单晶车内。

相比于原有的单晶落入炉内采用机械取出的方法，通过该装置取单晶棒时，单晶棒直接落入装置不再落入炉内可以避免单晶落入炉对石墨埚或CFC埚等石墨部件的损伤，同时可以减少操作者取棒的劳动强度，防止取棒过程可能带来的人员伤害和产品损伤。相比于单晶相比旋转炉室将单晶落在取棒小车上的方法，通过该装置取单晶棒避免了单晶炉上炉室旋转时由于籽晶横向强度较低，操作中可能会发生籽晶断裂而产生的人员伤害和产品损失。

本发明的单晶炉取棒装置用于直拉硅单晶炉取棒，特别是大尺寸大重量的单晶棒，可应用于单晶直径在200mm至500mm，单晶棒重量可达到500kg。