专利名称:节能型直拉单晶炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种直拉单晶生长装置，属于半导体生长设备技术领域：
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背景技术：
目前，直拉单晶炉是晶体生长设备中最重要的产品系列，用它来制作人工晶体，单晶生长速度最高，最容易实现人工控制，因此也获得了最广泛的应用。为了生长出大尺寸和高质量的单晶，人类几乎动用里一切先进的手段。可以说，在单晶炉上集成了材料、机械、电气、计算机、磁、光、仪等多方面的高端知识和技术，是一个国家机电一体化设备制造水平的反映。硅单晶体作为一种半导体材料，一般用于制造集成电路和其它电子元件。大部分的半导体硅单晶体采用直拉法制造，一般采用如下制造方法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，把一支特定晶向的硅单晶体(称做籽晶)装入硅籽晶夹持器中，硅籽晶夹持器的上端通过连接件与籽晶轴连接，籽晶固定于夹持器的下端，并且使籽晶与硅熔体接触，通过调整熔体的温度和籽晶向上的提升速度，使籽晶体长大，当硅晶体的直径接近目标直径时，提高提升速度，使单晶体近恒直径生长。在生长过程的尾期，石英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石英埚内的供给热量，使晶体渐渐减小，从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。拉制III-V族化合物半导体单晶也基本如此。上述操作过程一般单晶炉包括坩埚轴旋转驱动装置部件、坩埚杆升降驱动装置、真空炉体部件、液压驱动装置、籽晶提升机构部件、真空系统、充气装置、水冷系统、加热控制单元、控制系统等组成。
在充气装置中浮子流量计是以垂直锥形管中的浮子随着流量变化而升降，改变它们之间的流通面积来进行测量得体积流量。一般充气装置只能使用于小管径和低流量，适合作直观流动指示或测量精度要求不高得现场指示仪表，同时浮子流量计对流体最低压力要求很高，应高于压力损失若干倍，用于气体时压力过低容易产生浮子跳动，在相同得体积流量指示下，当压力、温度改变时，其实际克分子流量会发生较大的变化而造成测量误差。当输入氩气的时候压力发生变化时，就会对输入的氩气流量产生波动，从而影响单晶炉炉膛中的真空压力。随着直拉单晶硅向大直径趋势发展，老式充气装置将无法保证其质量。
发明内容为了克服现有的坩埚轴升降驱动装置不能有效的保证生产操控稳定性及精确度不够精确不足，本发明提供一种液压伺服系统调节坩埚杆，该升降驱动装置不仅能克服了升降过程中蠕动或爬行的现象，而且在操作的稳定性和便捷程度都有了改进。在充气装置中，流量控制阀、流量探测器、减速器、变频电机和流量控制单元连接，设置将氩气输送到单晶炉的炉膛中，在通过流量探测器时探测器测量到气体的流量，流量通过控制单元对流量控制阀进行微调，用户可以根据需要再量程范围内任意设定流量数值，流量通过控制单元可以自动跟踪流量波动，并能自行调整气体流量，从而稳定单晶炉炉膛中的真空压力。
本发明所要解决的另一个技术问题是由于单晶炉在控制单元在使用中产生大量的谐波，导致电网中的谐波污染非常严重。谐波使电能传输和利用的效率降低，使电气设备过热，产生振动和噪声，并使其绝缘老化，使用寿命降低，甚至发生故障或烧毁；谐波会引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容补偿设备等设备烧毁。谐波还会引起继电器保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于电力系统外部，谐波会对通信设备和电子设备产生严重干扰，尤其是谐波的存在，常常导致产品品质不良，成品率下降，生产成本显著上升。有的试图用系统保护类瞬变、浪涌、高次谐波抑制产品对控制单元进行技术改造，但实践应用表明单晶炉谐波含量绝大多数为低次谐波，而系统保护类产品主要面向高次谐波，因此谐波改善轻微几乎可忽略，节能效果难以令人满意，更为严重的是谐波能量大大超出控制单元承受范围，长期使用容易损毁，事故频频，影响企业生产的正常进行，造成省电不省钱，省电多麻烦的现象，让广大用户非常烦恼。
为了克服现有的加热控制单元不能消除谐波的不足，本发明提供一种加热控制单元，该加热控制单元不仅能包含低次谐波，还包含浪涌、瞬变及高次谐波，实现了全频域覆盖，消除了浪涌、瞬变及高次谐波对单晶炉的危害和电能的浪费，大大提高了设备的稳定性和可靠性。在加热控制单元中，三相平衡变压器、滤波电容器、电抗器和电阻器组合连接而成，与谐波源并联，除起滤波作用外，还兼顾无功补偿的需要。通过全频滤波实现了全频域覆盖，消除了浪涌、瞬变及高次谐波对单晶炉系统的危害和电能的浪费。对谐波的抑制范围不仅包含低次谐波，还包含浪涌、瞬变及高次谐波，实现了全频域覆盖，消除了浪涌、瞬变及高次谐波对单晶炉系统的危害和电能的浪费，结合自适应调整内部器件参数，避免谐振点的漂移，提高设备的稳定性和可靠性。同时成本也得到有效控制。通过对单晶炉全频域谐波的有效滤波，同时加强了设备的抗浪涌、瞬变侵害的能力，改善了电力品质，降低了设备损耗，节约了电能，最终达到环保节能的优异效果，同时提高了产品成品率。
本发明所要解决的又一个技术问题是由永磁直流电机带动大速比谐波减速器，使滚珠丝杠在超慢速的转动来带动滑座的上下移动，坩埚杆上套有密封圈与滑座相互连接，从而使坩埚杆随着滑块一起上下移动。一般降驱动装置在超慢速的情况下作上下的升降运动，因为坩埚杆上套有密封圈，所以坩埚杆在作上下运动是能难克服蠕动的缺点，从而影响拉晶过程中对坩埚杆的精密操控性，就会对产品质量产生波动。随着直拉单晶硅向大直径趋势发展，人们对坩埚杆的操控性精密程度要求越来越高，老式坩埚杆升降驱动装置将无法保证其质量。
为了克服现有的坩埚轴升降驱动装置不能有效的保证生产操控稳定性及精确度不够精确不足，本发明提供一种液压伺服系统调节坩埚杆，该升降驱动装置不仅能克服了升降过程中蠕动或爬行的现象，而且在操作的稳定性和便捷程度都有了改进。在升降驱动装置中，坩埚杆、密封圈、大直径油缸、流量调节器、液压站、伺服电机和流量控制单元连接，设置将坩埚杆作升降工作，在通过坩埚杆上套有密封圈与大直径油缸连接后，启动伺服电机使液压站运转，通过流量控制单元对流量调节阀进行微调，用户可以根据需要的速度范围内任意设定流量数值，流量通过控制单元可以自动跟踪速度波动，并能自行调整流量，从而稳定对坩埚杆控制。
图1是本发明的主机结构原理图。
图2是本发明的剖面结构原理图。
图3是本发明的电气控制原理图。
图4是本发明的加热装置构造图。
图5是本发明三相平衡变压器构造原理图。
图中1.编码器一，2.晶升电机，3.晶转电机，4.密封圈一，5.副室，6.副室提升油缸，7.翻板阀，8.炉盖，9.主炉室，10.埚转电机，11.主室提升油缸，12.坩埚轴升降油缸，13.坩埚轴旋转轴，14.坩埚轴旋转电机，15.谐波减速器，16.编码器二，17.快速升降电机，18.移动导轨，19.基础螺钉，20.籽晶杆，21.石英窗口，22.单晶，23.坩埚杆，24.电极，25.变频充气系统，26.石墨加热器，27.中频加热电源，28.坩埚，30.真空系统，31.充气装置一，32.充气装置二，33.进水管，34.出水管，36.绝缘支柱，37.连接铜排，38.电缆连线块39.线圈支柱，40.加热装置托板。
具体实施方式在图1主机结构原理图中，编码器一将得到的数据反馈到控制系统，使控制系统对晶升电机下达指令(1)晶升电机对控制系统下达的指令做升降动作(2)晶转电机对控制系统下达的指令做正反转动作(3)密封圈一是起到籽晶杆在升降及转动时对副室密封的作用(4)副室(5)副室提升油缸(6)翻板阀(7)炉盖(8)主炉室(9)埚转电机对控制系统下达的指令做升降动作(10)主室提升油缸(11)坩埚轴升降油缸(12)坩埚轴旋转轴(13)坩埚轴旋转电机(14)谐波减速器(15)编码器二将得到的数据反馈到控制系统，使控制系统对坩埚轴旋转电机下达指令(16)
在图2剖面结构原理图中，晶升电机对控制系统下达的指令做升降动作(2) 晶转电机对控制系统下达的指令做正反转动作(3) 主室提升油缸(11) 快速升降电机(17) 移动导轨(18) 基础螺钉(19) 籽晶杆(20) 石英窗口观测炉内情况(21) 单晶(22) 坩埚杆(23) 电极(24) 变频充气系统对充气口充入的气体加以控制(25) 石墨加热器(26) 中频加热电源(27) 坩埚(28) 真空系统(30) 充气装置一(31) 充气装置二(32) 进水管将水打入冷却系统(33) 经冷却系统的水由出水管放出(34)根据图3表示焊接操作过程如下；通过主变三相平衡变压器输出的三相电源(A、B、C)与主回路连接，按动XJ01上的水泵起动按钮使水泵运转，当达到规定的水压后，压力表接通控制柜电路，通过水位计观察水位高度，当达到规定高度时。起动中频发电机组。此时，通过控制柜调整到所需要的焊接电流、电压和功率因数等技术参数，通过中频输出接线座上接通加热装置后即可进行焊接。
在图4所示加热装置构造图中，进水管(33)、连接铜排(37)、电缆连线块(38)、线圈(26)、线圈支柱(39)、电极(24)、出水管(34)、绝缘支柱(36)、加热装置托板(40)在图5所示三相平衡变压器构造原理图中A、B、C是通过主变压器改变电压后输出的三相电源。
权利要求
1.一种节能型直拉单晶炉，其特征在于包括液压伺服系统调节坩埚杆；在加热控制单元中，三相平衡变压器、滤波电容器、电抗器和电阻器组合连接而成，与谐波源并联；它还具有变频充气装置。
2.根据权利要求
1所述的节能型直拉单晶炉，其特征在于在充气装置中，流量控制阀、流量探测器、减速器、变频电机和流量控制单元连接，设置将氩气输送到单晶炉的炉膛中，在通过流量探测器时探测器测量到气体的流量，流量通过控制单元对流量控制阀进行微调，用户可以根据需要再量程范围内任意设定流量数值，流量通过控制单元可以自动跟踪流量波动，并能自行调整气体流量，从而稳定单晶炉炉膛中的真空压力。
3.根据权利要求
1所述的节能型直拉单晶炉，其特征在于该在升降驱动装置中，坩埚杆、密封圈、大直径油缸、流量调节器、液压站、伺服电机和流量控制单元连接，设置将坩埚杆作升降工作，在通过坩埚杆上套有密封圈与大直径油缸连接后，启动伺服电机使液压站运转，通过流量控制单元对流量调节阀进行微调，用户可以根据需要的速度范围内任意设定流量数值，流量通过控制单元可以自动跟踪速度波动，并能自行调整流量，从而稳定对坩埚杆控制。
专利摘要
本发明涉及一种直拉单晶生长装置，属于半导体生长设备技术领域：
。它包括液压伺服系统调节坩埚杆；在加热控制单元中，三相平衡变压器、滤波电容器、电抗器和电阻器组合连接而成，与谐波源并联；它还具有变频充气装置。本发明克服现有的坩埚轴升降驱动装置不能有效的保证生产操控稳定性及精确度不够精确不足，克服现有的加热控制单元不能消除谐波的不足，同时也克服现有的坩埚轴升降驱动装置不能有效的保证生产操控稳定性及精确度不够精确不足。
文档编号C30B15/00GK1990916SQ200510112026
公开日2007年7月4日 申请日期2005年12月27日
发明者周宁, 周建国 申请人:周宁, 周建国导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan