一种单晶加料方法与流程

1.本发明属于单晶硅技术领域，更具体地说，涉及一种单晶加料方法。


背景技术：

2.单晶炉加料是单晶生产过程中的重要步骤。
3.在现有的单晶炉生产过程中，由于单晶炉内坩埚容量等技术限制，加料步骤需要分多次完成，即首次向坩埚中加固体硅料至一定量后，需要停止加料，等待单晶炉内化料，化料一定时间后，进行二次加料，再等待一段时间化料后，继续加料，如此重复3~4次方可完成整个加料过程，在等待化料过程中，加料设备是闲置无作用的，这使得现有的加料方法及装置无法充分发挥加料效率，尤其是对于多炉同时生产的情况，每个单晶炉配备加料设备且每台加料设备均有长时间的闲置期，无疑增加了生产成本，浪费了生产资源。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题至少之一，根据本发明的一方面，提供了一种单晶加料方法，步骤如下：一、首次加料：通过外置加料机于炉体的侧加料口进行首次加料；二、撤机化料：撤下外置加料机，封闭侧加料口，炉体内进行化料；三、二次加料：通过加料筒于炉体的顶加料口进行二次加料；四、等待化料：等待炉体内进行化料；五、重复步骤三和步骤四2~3次，完成加料。
5.根据本发明实施例的单晶加料方法，可选地，步骤一中所采用的外置加料机包括：基座；真空腔室，其滑动置于基座顶面，真空腔室上设有真空泵，真空腔室内底部设有振动发生器；加料仓，其顶部与底部均开口，置于真空腔室上方，真空腔室顶部开口，加料仓底部穿过真空腔室顶部的开口并伸入真空腔室中；波纹管，其可伸缩，真空腔室侧壁开口并与波纹管一端连通；加料盒，其一端为进料端，置于真空腔室内的振动发生器上，进料口连通加料仓底部的开口；加料盒另一端为出料口，其穿过真空腔室侧壁开口并可从波纹管另一端伸出。
6.根据本发明实施例的单晶加料方法，可选地，炉体的侧加料口处设有插板阀，插板阀关闭时封闭侧加料口，插板阀开启时外置加料机进行加料。
7.根据本发明实施例的单晶加料方法，可选地，波纹管另一端端口处设有水冷保护套。
8.根据本发明实施例的单晶加料方法，可选地，外置加料机还包括滑动支架，其包括固定设于基座顶面的滑轨及滑动连接在滑轨上的支架，支架顶部与波纹管底部固定连接。
9.根据本发明实施例的单晶加料方法，可选地，步骤三所采用的加料筒包括：
筒体，其外径小于炉体的顶加料口内径；固定座，其形成于筒体外壁上，固定座呈环形，固定座内壁与筒体外壁固定连接，固定座外径大于顶加料口内径；石英锥体，其底面朝下活动置于筒体内，石英锥体底面直径与筒体内径向匹配；拉杆，其置于筒体轴线上，一端与石英锥体顶部固定连接，另一端延伸至筒体顶部外。
10.根据本发明实施例的单晶加料方法，可选地，加料筒还包括导向架，其形成于筒体顶部上方，导向架对应筒体轴线的位置处开设通孔供拉杆穿过。
11.根据本发明实施例的单晶加料方法，可选地，步骤一的加料量为200kg；步骤二的化料时间为2.5h。
12.有益效果相比于现有技术，本发明至少具有如下有益效果：（1）本发明的单晶加料方法，充分发挥了外置加料机加料效率快的优点，配合加料筒加料，节省了外置加料机的闲置时间，实现外置加料机能匹配更多单晶炉加料使用，降低了外置加料机的采购数量，节约了生产成本，进而降低单晶硅片成本；（2）本发明的单晶加料方法，步骤一采用的外置加料机加料效率高，加料过程中炉体内部压力变化波动小，且炉体内热量散失小；（3）本发明的单晶加料方法，在炉体侧加料口设插板阀，在不加料时，关闭插板阀防止压强波动及热量逸出，在进行外置加料时，打开插板阀；（4）本发明的单晶加料方法，波纹管另一端端口处设有水冷保护套，防止对波纹管端部受热形变或损坏；（5）本发明的单晶加料方法，滑动支架使得波纹管的伸缩有更稳定的导向，进一步地，可以设置驱动机构与滑动支架传动连接，从而自动传动使得波纹管完成伸缩，配合滑动单元对真空腔室的驱动，使得外置加料过程更加自动化，节约人力，提高加料效率。
附图说明
13.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。
14.图1示出了本发明的单晶加料方法所采用的加料装置结构示意图；图2示出了二次加料所采用的加料筒结构示意图；图3示出了一次加料所采用的外置加料机结构示意图，其中料仓罩未示出；图4示出了一次加料所采用的外置加料机另一视角结构示意图；图5示出了外置加料机的加料盒结构示意图；图6示出了外置加料机的水冷保护套结构示意图；图7示出了外置加料机的基座结构示意图；附图标记：1、炉体；10、侧加料口；11、顶加料口；12、插板阀；13、翻板阀；2、外置加料机；20、基座；200、下层座；201、上层座；202、基板；203、高度调整支板；204、导向轮安装板；21、真空腔室；22、加料仓；23、波纹管；230、水冷保护套；24、加料盒；
240、入料端；241、出料端；25、滑动单元；26、滑动支架；27、料仓罩；3、加料筒；30、筒体；31、固定座；32、石英锥体；33、拉杆；34、导向架。
具体实施方式
15.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
16.实施例1本实施例的单晶加料方法，步骤如下：一、首次加料：通过外置加料机2于炉体1的侧加料口10进行首次加料；二、撤机化料：撤下外置加料机2，封闭侧加料口10，炉体1内进行化料；三、二次加料：通过加料筒3于炉体1的顶加料口11进行二次加料；四、等待化料：等待炉体1内进行化料；五、重复步骤三和步骤四2~3次，完成加料。
17.单晶炉常规生产过程中，或是采用rcz式加料，这种加料方式单次加料量较小，会导致整个生产效率受到影响，而采用加料效率高的外置加料方法，在等待化料的过程中会使加料设备有较长的闲置时间，对于多炉同时生产的产线，这一缺陷使得生产成本大大增加，是对生产资源的浪费，针对此，本实施例设计了一种单晶加料方法。
18.本实施例利用外置加料机2单次加料量大，加料快的特点，在单晶生产过程中的首次加料时，采用外置加料机2，第一次可加料重量达200kg，此时，炉体1内的坩埚中硅料堆高至最大值，无法继续加料，将外置加料机2撤去，并于炉体1顶部原副室位置处设置传统rcz加料时使用的加料筒3，当坩埚内化料到可以继续加料时，后续的加料过程则有加料筒3继续完成，而撤去的外置加料机2则移动至其他炉体1进行首次加料。
19.以实际生产情况为例，28寸热场，需加料共360kg，化料效率65kg/h，当上根硅棒拉制结束后，若采用传统的rcz加料筒进行加料，rcz加料筒一次能容纳60kg料，需要6次加完，耗时太长，而通过本申请的外置加料机2采用现有的加料方法，通过外置加料机2向炉体1坩埚内快速加料，当第一次加料重量达200kg后，坩埚内硅料堆高，无法再继续加料，停止外置加料机2的加料，首次加料耗时约20分钟，首次加料后等待化料的时间约为2.5小时，此时外置加料机2是闲置状态，化料到能继续加料时，通过外置加料机2继续加料100kg，耗时约10分钟，坩埚加满，继续等待化料，化料时间约为2小时，此时外置加料机2是闲置状态，化料到能继续加料时，再通过外置加料机2继续加料60kg，耗时约6分钟，此时加料完毕，方可撤去外置加料机2。
20.整个加料过程中，外置加料机2总计有效加料时长为36分钟，而闲置时间为4.5小时，外置加料机2的闲置时间大大高于外置加料机2的有效加料时长。
21.而采用本实施例的加料方法，当首次加料完成后，撤去外置加料机2，移去其他炉体1进行加料，当前炉体1的剩余加料采用加料筒3进行，外置加料机2的移动以及抽真空耗时约为1小时，而单次加料200kg耗时约为20分钟，结合外置加料机2连接炉体1的耗时，则外置加料机2给每台炉体1加料实际总耗时约1.3小时，结合加料筒3加料三次的耗时，单个炉
体1加料全程总耗时为5.1小时，期间外置加料机2并无闲置时间，因此，在本实施例的方法下，在完成一棒的整个加料过程中，外置加料机2匹配炉台数可由一台增加至5.1/1.3=3.9台，相当于将外置加料机2的使用效率提高近4倍。
22.实施例2本实施例的单晶加料方法，在实施例1的基础上做进一步改进，步骤一中所采用的外置加料机2包括：基座20；真空腔室21，其滑动置于基座20顶面，真空腔室21上设有真空泵，真空腔室21内底部设有振动发生器；加料仓22，其顶部与底部均开口，置于真空腔室21上方，真空腔室21顶部开口，加料仓22底部穿过真空腔室21顶部的开口并伸入真空腔室21中；波纹管23，其可伸缩，真空腔室21侧壁开口并与波纹管23一端连通；加料盒24，其一端为进料端240，置于真空腔室21内的振动发生器上，进料口连通加料仓22底部的开口；加料盒24另一端为出料口241，其穿过真空腔室21侧壁开口并可从波纹管23另一端伸出。
23.本实施例设计了外置加料机2用以适用实施例1的加料方法。
24.本实施例的外置加料机2结构如图1、图3和图4所示。
25.其中，基座20的详细结构见图7，由下层座200、上层座201、基板202、高度调整支板203和导向轮安装板204组成，上层座201与下层座200通过高度调整支板203连接，高度调整支板203为竖直板体，其上沿竖直方向不同高度开设有若干螺栓孔，并在上层座201和下层座200侧面对应位置开设螺纹孔，通过螺栓穿过螺栓孔和螺纹孔，将上层座201固定在下层座200上不同高度处，以匹配不同大小高度的炉体1，基板202水平固定在上层座201上方，导向轮安装板204固定于下层座200底部两侧，导向轮安装板204上用于安装导向轮，以便于本实施例的外置加料机2在一次加料完成后的移动。
26.本实施例中，真空腔室21为中空腔室，其设有真空泵，用于形成真空腔室21内部的真空环境，真空腔室21顶部开口，加料仓22的底端穿过真空腔室21顶部开口伸入到真空腔室21内，在加料仓22底端正下方的真空腔室21中设有振动发生器；真空腔室21侧壁开口，加料盒24的一端穿过侧壁开口伸入到真空腔室21中，且加料盒24的伸入端置于振动发生器上，振动发生器启动可驱动加料盒24振动。
27.加料仓22由直筒型的上仓室和收口型的下仓室构成，上仓室两端部均开口，底端与下仓室连通，单晶料从上仓室顶端加入，从下仓室底端开口排出至加料盒24中，在加料仓22外周还设有料仓罩27，如图1所示，料仓罩27为罩体，底端开口，底端与真空腔室21顶端可拆卸连接，且将加料仓22包裹其中，料仓罩27连接后封闭真空腔室21顶部空间。
28.本实施例的波纹管23套设在加料盒24伸出真空腔室21的部分上，波纹管23的一端与真空腔室21侧壁开口处固定连接，另一端可伸缩，在外置加料机2加料时，波纹管23的另一端与炉体1的侧加料口10处连接。
29.本实施例的加料盒24结构如图5所示，加料盒24伸入真空腔室21的一端为入料端240，入料端240顶部开口正对加料仓22底部下方，入料端240底部与振动发生器固定连接，出料端241在加料过程中伸入炉体1的侧加料口10。
30.传统外侧加料的方式在加料时，炉体1上的加料开口处与外界连通，不但产生炉体1内压强的大幅度波动，影响单晶的生产，同时加料开口处也会逸散较多热量，增大了单晶生产时的能源消耗，本实施例的外置加料机2在加料时，料仓罩27是罩设在真空腔室21上的，此时加料盒24的出料端241伸入炉体1的侧加料口10中，波纹管23伸长一端与真空腔室21侧壁开口固定连接，另一端与侧加料口10固定连接，此时，炉体1内部、波纹管23内部、真空腔室21内部及料仓罩27内部均为连通状态，且呈密封状态，在加料前可通过真空腔室21内的真空泵先进行抽真空操作，在于炉体1侧加料口10连接进行加料时，可以减少炉体1内部的压力变化波动，同时，加料时形成的密闭系统也能有效防止炉体1内热量的散失。
31.进一步地，在炉体1的侧加料口10处设置有插板阀12，在不加料时，插板阀12是关闭状态，将侧加料口10密封，防止压强波动及热量逸出，在进行外置加料时，插板阀12插板打开，加料盒24的出料端241穿过插板阀12伸入到侧加料口10中，同时，波纹管23的伸缩移动端与插板阀12通过法兰连接固定。
32.本实施例的真空腔室21底部是滑动连接在基座20的基板202上的，通过滑动单元25驱动真空腔室21的移动，真空腔室21的移动方向与波纹管23的伸缩方向相同，在基板202顶面设有滑动导向副，滑轨固定在基板202顶面，真空腔室21底面固定有滑块，滑块和滑轨配合滑动连接，构成了滑动导向副，滑动单元25还包括丝杆传动副，在真空腔室21底面固定丝杆传动块，在基板202顶面设置丝杆，丝杆传动块与丝杆配合螺接，并设置驱动电机与丝杆传动连接，通过驱动电机驱动丝杆转动，通过丝杆传动副来完成对真空腔室21的驱动，通过滑动导向副对真空腔室21形成导向，通过设置可滑动的真空腔室21，可在加料前，基座20位置固定后，通过调整移动真空腔室21，来对加料盒24伸入炉体1内的深度位置进行微调，在向加料仓22布料过程中，也可以通过调整移动真空腔室21来调整加料仓22的位置。
33.实施例3本实施例的单晶加料方法，在实施例2的基础上做进一步改进，波纹管23另一端端口处设有水冷保护套230。
34.如图6所示，波纹管23的另一端在加料时紧靠炉体1的侧加料口10，炉体1处温度较高，为防止对波纹管23端部受热形变或损坏，本实施例在端口处设置水冷保护套230，通过向水冷保护套230通流动水进行及时降温冷却，保证其有效使用寿命。
35.实施例4本实施例的单晶加料方法，在实施例3的基础上做进一步改进，外置加料机2还包括滑动支架26，其包括固定设于基座20顶面的滑轨及滑动连接在滑轨上的支架，支架顶部与波纹管23底部固定连接。
36.如图3和图4所示，滑动支架26设于波纹管23下方的基座20基板202上，滑动支架26的滑轨布置方向与波纹管23长度方向相同，支架底部与滑轨滑动连接顶部与波纹管23底部固定连接，通过滑动支架26结构，使得波纹管23的伸缩有更稳定的导向，进一步地，可以设置驱动机构与滑动支架26传动连接，从而自动传动使得波纹管23完成伸缩，配合滑动单元25对真空腔室21的驱动，使得外置加料过程更加自动化，节约人力，提高加料效率。
37.实施例5本实施例的单晶加料方法，在实施例4的基础上做进一步改进，步骤三所采用的加料筒3包括：
筒体30，其外径小于炉体1的顶加料口11内径；固定座31，其形成于筒体30外壁上，固定座31呈环形，固定座31内壁与筒体30外壁固定连接，固定座31外径大于顶加料口11内径；石英锥体32，其底面朝下活动置于筒体30内，石英锥体32底面直径与筒体30内径向匹配；拉杆33，其置于筒体30轴线上，一端与石英锥体32顶部固定连接，另一端延伸至筒体30顶部外。
38.如图1和图2所示，本实施例的加料筒3置于原炉体1顶部副室的位置处，炉体1的顶加料口11即为原炉体1与副室的连通开口，在副室不使用时，旋下副室，将加料筒3配合置入顶加料口11进行后续的加料动作。
39.本实施例中，筒体30下段穿过顶加料口11伸入炉体1，固定座31限位在顶加料口11外顶部，固定筒体30在炉体1上的位置，单晶料储存于筒体30中，筒体30底部由石英锥体32封闭，需要进行加料时，拉杆33控制石英锥体32伸出筒体30底部，单晶料从筒体30底部放出，落至炉体1内的坩埚上，加料完毕后控制拉杆33收回石英锥体32，及时对炉体1顶部形成封闭，防止热量逸散或压强大幅度波动。
40.实施例6本实施例的单晶加料方法，在实施例5的基础上做进一步改进，加料筒3还包括导向架34，其形成于筒体30顶部上方，导向架34对应筒体30轴线的位置处开设通孔供拉杆33穿过。
41.如图2所示，导向架34于筒体30顶部上方对拉杆33的移动方向形成稳定的导向，使拉杆33仅能竖直上下移动，从而使石英锥体32能稳定的伸出或收回筒体30。
42.实施例7本实施例的单晶加料方法，在实施例6的基础上做进一步改进，步骤一的加料量为200kg；步骤二的化料时间为2.5h。
43.通过本申请的外置加料机2进行加料，首次加料可完成200kg的加料量，一次加满坩埚，加料效率高，在步骤二2.5h的化料过程中，外置加料机2不会闲置，移动到其他炉体1处进行对应炉体1的首次加料操作。
44.本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。