用于从反应器移除多晶硅棒的装置和方法
【专利说明】用于从反应器移除多晶硅棒的装置和方法
[0001]本发明涉及用于从反应器移除多晶硅棒的装置和方法。
[0002]高纯度多晶硅(多晶的硅)用作为用于通过切克劳斯基法(Czochralski，CZ)或区域融化法(zone melting, ZM)来生产用于半导体的单晶硅的原料，并且用于通过生产光电太阳能电池用的各种拉制和铸造方法来生产单晶硅或多晶硅的原料。
[0003]多晶娃通常通过西门子法(Siemens process)生产。所述方法中，将包含一种或多种含硅组分和任选的氢气的反应气体引入至包含经直接通电加热的基底的反应器中，其中硅以固体形式沉积在所述基底上。优选使用的含硅组分为硅烷(SiH4)、一氯硅烷(SiH3Cl)、二氯硅烷(SiH2Cl2)、三氯硅烷(SiHCl3)、四氯硅烷(SiCl4)或所述物质的混合物。
[0004]西门子法通常在沉积反应器(还称为“西门子反应器”)中进行。在最常见的实施方案中，所述反应器包括金属底板和可冷却的钟件(bell)，所述可冷却的钟件以这样的方式位于底板上，即在所述钟件内部形成反应空间。所述底板设有一个或多个进气开口和用于排出反应气体的一个或多个排气开口以及支架，通过所述支架，使基底保持在反应空间内，并供应电力。
[0005]每个基底通常由两个薄的细长棒和在它们的自由端连接的一般相邻的棒的桥状物构成。所述的细长棒垂直地插入至位于反应器底部上的电极内，通过其而连接至电源。高纯度多晶硅沉积在加热的细长棒和水平桥状物上，作为其结果，其直径会随着时间而增加。在达到所期望的直径之后，终止所述方法。
[0006]在这种方法中，可获得数米高和数百公斤重的U型硅棒。对于尽可能经济的方法来说，需要沉积至最大的棒直径。
[0007]从反应器移除非常大和重的棒是个问题。所述的移除应当尽可能低污染地和尽可能经济地进行，也就是说，应当是与反应器的最小闲置时间是相关的。还应当能够移除倾斜的、不均匀形状的(例如椭圆形、棍棒形，也就是说，在不同的棒高度具有变化的棒直径)棒或彼此安全接触的棒。
[0008]US 20120237678 Al公开了一种用于移除多晶硅棒的装置，包含具有外壁的主体，所述主体具有这样的尺寸以使得所述棒由所述外壁包封，其中每个外壁均包含门，从而允许触及至少一个棒。在优选的实施方案中，内壁内衬有聚合物，从而防止多晶娃棒的污染。
[0009]US 20100043972 Al公开了另一种用于移除多晶硅棒的装置，其包含壁，所述壁具有内壁、外壁和在内壁和外壁之间的多个连接件，以及内壁和外壁之间的间隙，外壁中的进出窗口(access window)，底板，和底板上的多个接触点，其中内壁和外壁为圆柱形的并且是同心的，所述间隙的大小能够容纳位于底板的接触点上的多个硅棒，其中所述进出窗口构成为使得硅棒的进出成为可能。所述棒可以通过进出窗口而被抽出。
[0010]如上所述的装置的缺点在于，在棒倾斜站立的情况中，或者在并非偶然发生的部分分批掉落的情况中，对于其的使用是不可能的。因此，这种装置对于多晶硅的经济性生产就不太实用。
[0011]DE 10 2009 027 830中所要求保护的用于从反应器抽出多晶硅棒的方法也存在这样的问题，其中使用基于校准点的计算机控制识别方法的刚性和自动导向在开放的反应器的上方操作，并且通过机械或气动夹持装置抓取棒对，并随后将它们置入输送装置中。
[0012]JP 63296840 A公开了一种用于从沉积反应器移除硅棒的装置，其中单独的棒对使用夹具来固定，并且在侧面从反应器中抬出。
[0013]JP 2002210355 A同样公开了一种用于移除硅棒的装置，包含可三维移动的臂，在所述臂的末端安装夹持装置，硅棒通过所述夹持装置可以从反应器中抬出。
[0014]这样的两个装置的缺点在于，所述棒仅可以从完全开放的反应器中从外部向内抽出。给定硅棒的目标移除，例如有时希望从内棒圈的移除，是不可能使用所述装置实现的。
[0015]US 20120175613 Al公开了一种用于制造多晶硅片的方法，其由以下构成:通过在细丝上沉积硅来制造多晶硅棒的CVD处理，所述细丝的一端连接至第一电极，并且所述细丝的另一端连接至第二电极；用于从反应器移除多晶硅棒的处理；和将硅棒粉碎成硅片的处理；其中，在粉碎处理之前，从多晶硅棒的电极端移除至少70mm(缩短处理)。在优选的实施方式中，在从反应器中移除之前，多晶硅棒的表面由聚乙烯袋装片覆盖。所述抽出本身可以通过升降机等的方式来进行。关于如上所述的通过已知装置的方式移除棒的问题，US20120175613 Al并未提出解决方法或建议。
[0016]本发明的目的来自于如上所述的问题。
[0017]本发明涉及用于从包含U型棒对的反应器移除多晶硅棒的装置，包含具有外壁和内壁的主体，所述主体的尺寸使得其能够完全地包封U型棒对，其中由其包封的U型棒对与升降机、线缆绞盘或抓拾器相互作用，使得所述主体可以与U型棒对一起从反应器移除。
[0018]已经发现这种装置的使用不会对反应器中其它棒对造成影响。
[0019]本发明还涉及用于从反应器移除多晶硅棒的方法，其中反应器包含U型棒对，其中U型棒对中的一对完全由具有外壁和内壁的主体包封，并且所述主体与由其包封的棒对一起通过升降机、线缆绞盘或抓拾器的方式从反应器移除。
[0020]所述主体的尺寸优选为使得其长度至少相应于垂直棒对的高度。
[0021]优选地，其长度为至少2.5m。
[0022]其宽度优选至少为U型硅棒对的宽度(硅桥状物+棒直径)。
[0023]优选地，其宽度为至少200mm，特别优选至少300mm。
[0024]已经发现，当所述主体相对于其最大宽度和深度来构建的时候，就会使得其与相邻棒对之间的距离最少为lcm，这确保了特别安全和低污染的硅棒移除。
[0025]结果，即便是长弯或者高棍棒型的棒也可被移除。
[0026]可以毫无问题地移除不稳定的多晶娃棒(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导致的不稳定性)。特别地，在此不存在整批或者单独棒对掉落的危险。
[0027]因为棒对移除是成对地进行的，所以每个硅棒对均可以在任何希望的时间点移除。特别地，由内部向外地移除是可能的，这是现有技术的装置所无法提供的。
[0028]给定棒对的目标移除并不存在任何困难。
[0029]优选地，所述主体具有由钢构成的内壁。所述