[发明专利]利用外部装料结构进行多晶硅装料的控制方法

说明书

技术领域

本发明是关于直拉硅单晶生长设备的辅助设备，特别涉及利用外部装料结构进行多晶硅装料的控制方法。

背景技术

晶体硅材料常用于集成电路的初始材料，典型生产单晶硅的方法是直拉法。而单晶炉是多晶硅转化为单晶硅工艺的必需设备。单晶炉直拉法是将多晶硅原料熔化在石英坩埚中，在多晶硅完全熔化待温度达到平衡后，将棒状单晶硅缓慢放入液面，使一部分浸泡在溶液中，在合适的温度下，硅熔液的硅原子会在籽晶的影响下随着它的原子排列结构在溶液表面结晶，形成硅单晶。通过籽晶系统将单晶平稳的向上提起并加上合适的旋转，在稳定的环境下，硅溶液可以连续不断的结晶，最后形成一个主体圆柱状的硅单晶体。

装料大多采用将石英坩埚放入炉腔中，再用多晶原料放入石英坩埚中的方法。为防止损坏石英坩埚和原料碎屑掉入热场影响热场使用寿命，料必须缓慢轻放，导致装料过程耗时费力。为了减少装料时间，降低操作工的工作强度，市场上通常使用外加辅助机械车，在炉外装好硅料再把石英坩埚放入炉腔中。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供能缩短装料时间和装料过程操作简单安全的外部装料机构及其控制方法。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供利用外部装料结构进行多晶硅装料的控制方法，将装有多晶硅原料的石英坩埚吊装到单晶炉热场内时，设称重传感器的称重范围为G，将称重传感器组件看作定滑轮，钢丝绳的载荷为G1，装入多晶硅原料的质量为G2，石英坩埚和真空罩的总质量为G3，真空表上压力值P产生的压力为F(其中P为0.1个大气压)；

当单晶炉热场为18～24寸，上述各值需要满足以下公式：G1≥G2+G3，G/2≥G2+G3，F≥K(G2+G3)；K为安全系数，在生产过程中K取5。

提供用于实现所述控制方法的一种外部装料结构，用于将石英坩埚和真空罩连接密封后，整体吊装放入或取出单晶炉热场，其特征在于，真空罩上设有吊环和进出气口，进出气口连接有真空阀，真空阀的另一端连接口通过波纹管与真空泵连接，真空阀用于控制进出气口的开启和关闭；真空罩上设置有密封圈，并通过密封圈和石英坩埚密封连接，真空泵用于将石英坩埚和真空罩形成的密封腔体抽成真空；真空罩上还设有真空表，真空表用于测量石英坩埚和真空吸盘形成的密封腔体内的大气压力；

所述外部装料结构的主体为吊装机构，吊装机构包括单晶炉中的籽晶系统和旋转机构，吊装机构利用真空罩上的吊环，实现对连接密封后的石英坩埚和真空罩整体进行吊装；

所述籽晶系统安装在副炉室上，籽晶系统包括电机、带轮、离合器、编码器、称重传感器，籽晶系统利用钢丝绳与真空罩上的吊环连接，实现对连接密封后的石英坩埚和真空罩整体进行升降运动；所述电机设有两个，两个不同的电机用于提供两种不明的吊装速度，所述带轮和离合器用于进行电机选择，以达到不同的升降速度；所述编码器用于定位钢丝绳端部的位置(即指钢丝绳与吊环的连接处)并显示升降的距离，方便进行运动行程控制；所述称重传感器用于计算石英坩埚内所装载的多晶硅原料的质量；

所述旋转机构用于带动副炉室进行旋转运动，进而带动安装在副炉室上的籽晶系统进行旋转运动，实现吊装在籽晶系统上的连接密封后的石英坩埚和真空罩整体完成旋转运动和升降运动；旋转机构还设有限位开关，限位开关用于控制副炉室的旋转角度。

在本发明中，所述真空吸盘上的密封圈采用L形密封圈。

在本发明中，所述波纹管与真空阀上采用快卸法兰连接。

在本发明中，所述外部装料结构还包括运输装置，用于移动石英坩埚；运输装置采用装料小车，装料小车上设有挡块和减震装置，减震装置采用减震弹簧。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明专利不需增加额外吊装辅助设备，利用了单晶炉固有的籽晶系统和副炉室旋转机构，能有效的实现坩埚炉外装料。

籽晶系统的快、慢速电机可以提供两种不同的升降速度；可以利用籽晶系统的称重装置读出吊装坩埚的总质量，计算出所加料的质量。

副炉室旋转机构可以完成坩埚从炉外转移到炉内，并通过其限位精确的定位在主炉室上方。

附图说明

图1为石英坩埚放在小车上装好料的示意图。

图2为利用籽晶系统拉起真空罩和坩埚的示意图。

图3为利用副炉室旋转机构和籽晶系统升降将石英坩埚吊入热场内的示意图。