区熔单晶炉单晶硅棒夹持机构制造技术

一种区熔单晶炉拉制大直径单晶硅棒的夹持机构，由一个置于真空炉室内，随同下轴边旋转边升降；内腔可通循环冷却水的夹持体，一个焊有拨叉并装有三个支持块的夹持环，与支持块位置对称安装的支持柱，三根斜插在夹持体孔内的夹持棒等零部件组成，当拨转夹持环时，支持块随之转动，脱离支持柱，三根夹持棒不再被卡而在重力作用下沿斜孔下滑，棒端同步接触单晶硅棒，达到夹持目的。（*该技术在1999年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术是一种供区熔单晶炉拉制单晶硅棒(特别是拉制φ56mm以上 大直径单晶硅棒)的夹持机构。现有技术引证美国USP4·045·183西德DEP 27·31·011、26·52·199、28·33·615无位错高阻率的大直径(φ60～100mm)单晶硅是现代化高精尖及大型、复杂机电产品中不可缺少的半导体材料。生产大直径单晶硅棒除需要具有长而大的真空炉室的区熔炉和增大高频振荡器功率外，还要有保证单晶硅棒拉制过程中“不倒棒”的稳定机构。为解决“不倒棒”问题，国外采用的方法可归纳为1.用石英砂填满于外筒和单晶硅棒及籽晶之间；2.用低熔点金属充注于单晶硅棒缩颈部位，待金属冷固后增加硅棒稳定性。3.用特种玻璃环托持硅棒，随着拉制温度的升降，玻璃环受热、变形再冷固而与硅棒紧密接触。4.用电器或液压装置控制一个用钛或钼合金制造的夹持体和用电磁开关同步释放三根钛或钼制成的金属销来夹持单晶硅棒。以上方法除充填物的蒸发造成炉室内气氛混浊、含杂影响硅棒质量外，还存在夹持装置结构复杂，需要全部高贵的耐高温金属制造，要有特殊的加热线圈，低熔点金属充注器和容器，内外托座，液压及电气控制机构等附属设备，工艺难度大、成本高等缺点。本技术的目的是设计一种结构简单合理、操作方便、夹持稳定可靠，用国产金属制作，造价低廉，尺寸规格系列化，能适合于拉制多种直径规格(φ56～104mm)的无位错高阻率单晶硅棒夹持机构。本技术的目的是通过以下方案来达到的夹持机构包括一个夹持体，一个夹持环，三根夹持棒和三个支持块、支持柱。整个夹持机构与真空炉室上、下轴、加热线圈同轴安装于炉室内。可随同下轴边旋转、边升降。夹持体安装的上端平面离高频加热线圈下端平面距离为60～100毫米。夹持体制成中空并焊有二块对称的隔水板，内腔上下相通，可通以循环水进行冷却，它还有三个均布对称的圆形斜孔，斜孔中心线与夹持体轴心线夹角为5°～45°，孔内插有等径或阶梯形不等径中空圆柱形夹持棒，夹持棒由支持块托住，支持块下方是支持柱，支持块用螺钉连接于夹持环上，可通过螺钉调节三个支持块的相对位置。夹持环由两个半圆环组成由螺钉连接成整圆并可微量调节其内径尺寸，拨叉焊于夹持环上。支持柱端头制成球面或阶梯形，夹持环，夹持体、夹持棒可制成系列化尺寸供拉制不同直径单晶硅棒。夹持体、夹持环，支持块、支持柱用普通耐酸不锈钢Cr18Ni9或Cr18Ni9Ti制作，夹持棒用耐高温的有色金属钛或钼制成，以适应摄氏千余度的高温。使用时，当机械手拨动拨叉，拨叉带动夹持环转动，支持块脱离支持柱并同步释放三根夹持棒，夹持棒在重力作用下沿夹持体斜孔下滑，其端部接触单晶硅棒达到夹持目的。本技术附图图面说明如下附图说明图1.单晶硅棒在拉制过程中运用夹持机构的分步动作示意图；图2.是图1——C夹持部位正视图3、是图2的俯视示意图；图4、是图2A部分结构节点图。以下结合附图对本技术作进一步叙述在拉制单晶硅棒时将多晶硅棒悬挂于上轴(a)的下方，上轴(a)垂直装于主炉体(b)的上方，由传动系统带动，可作上、下移动也可作正反方向旋转，多晶硅棒穿过高频加热线圈(c)被高频电磁场感应加热熔化，温度为1420℃，经过引晶、缩颈、放肩等一系列工艺操作，生成无位错、高阻率单晶硅棒(d)。单晶硅下端由较细的籽晶支承着固定在下轴(f)上，下轴(f)也能作正反方向旋转并可随伸缩炉体(e)上下移动，伸缩炉体(e)与主炉体(b)由氟橡胶“O”形密封圈连接构成一体，炉室内可以抽成真空状或充以保护性气体(图1A－E)，熔区中是被熔化的硅。熔态硅由于表面张力和受高频磁场的约束因而不会塌下来。拉制时单晶硅棒逐渐增长，多晶硅棒越来越短，最后经过拉断处理只剩下一段小小的料头，至此，整根单晶硅棒长成。当被拉制的单晶硅棒直径不大(如φ50毫米)时，长500毫米的硅棒重量仅为2公斤；而拉制直径增大到φ100mm，拉制长度为1000毫米时(直径增大，相应的长度必然增长)硅棒重量则为18公斤，只靠一只纤细的籽晶来支承是不可靠和不稳定的，特别是籽晶经不起水平方向分力的冲击，容易发生“倒棒”现象，因而必须有一个夹持机构“扶着”单晶硅棒，以增加它的稳定性。用本技术单晶硅棒夹持机构与上轴(a)、下轴(f)、加热线圈(c)同轴安装于真空炉室内的伸缩炉体e部位(本技术附图是夹持机构用于伸缩炉体的情况，在用于固定炉体情况下则将夹持机构与上轴a、下轴f、加热线圈c同轴安装于固定炉体的下炉体e部位)，使夹持体2能随同下轴f边旋转边升降，以便生长好了的单晶硅安全顺利地通过夹持体(2)的内孔，夹持体(2)的内腔上下部均制成中空，并焊有两块对称的隔水板，使冷却水在其中进行迷宫式水循环冷却(图1.2)，三根夹持棒(1)按周向均布斜插在夹持体(2)的三个斜孔内，三个均布斜孔的斜度角(夹持体的轴中心线与夹持棒孔轴线夹角)为5°～45°，最佳角为15°±15′。因为这时夹持棒(1)的自锁能力和夹持能力为最佳。斜孔的孔径与夹持棒(1)的直径差(间隙)不小于0.2mm，以保证材料的热胀性和便于三根夹持棒(1)的同步顺利下滑，不受阻滞。夹持体(2)的上端平面安装时要求离高频加热线圈(c)的下端平面距离为60～100mm，最佳距离为75mm。夹持体(2)由普通耐酸不锈钢Cr18Ni9或Cr18Ni9Ti制成，夹持环材质同夹持体一样，它们的内径按被拉制单晶硅棒直径值制成φ85φ95、φ105等系列尺寸。夹持棒(1)的材料为耐高温有色金属钛(TA1、TA2、TA6)钼(M01、M02)等制成。为使夹持力柔和与不致对熔区温度，高频感应等产生不利影响，夹持棒可制成中空等直径圆柱体或中空阶梯形(不等径)圆柱体，中间有台阶，便于支持块4的支持(图2)，夹持棒制成长度不同的系列化，每三根长度相同的夹持棒为一组，一个夹持体可配用数组夹持棒，以供拉制不同直径的单晶硅棒。支持块(4)的下面与支持柱(3)接触，它们都用Cr18Ni9或Cr18Ni9Ti钢材制成，以便和夹持环(5)、夹持体(2)一起经受炉室内摄氏千余度的高温，支持柱(3)的柱端制成球面或阶梯形。支持块(4)的形状设计成当机械手拨动拨叉时(拨叉(6)焊接于夹持环(5)上)既不防碍夹持环(5)的转动角度又能同步释放三根夹持棒(1)，使三根夹持棒在自重作用下同时沿斜孔(夹持体内三斜孔)下滑，棒端与单晶硅棒接触，达到夹持目的(图2.图4)。夹持环(5)由二个半环组成，用调节螺钉(7)组装紧固成整圆，组装时，夹持环内径可调节范围为±3mm。夹持环上可供三个支持块(4)安装，通过螺孔和螺钉(8)，支持块的相对位置也可作微量调节。本技术与现有技术对比其优点在于结构简单合理，操作方便，夹持稳定可靠，可以全部用国产金属制作，造价低廉，尺寸规格系列化，适合于拉制多种直径规格(φ56～φ104mm)无位错高阻率单晶硅棒。权利要求1.一种区熔单晶炉单晶硅棒夹持机构，具有装在夹持器斜孔内的金属销构成的夹持元件，其特征为夹持体(2)具有三个均布对称的斜孔，孔内插有夹持棒(1)，夹持棒由支持块(4)托住，支持块用螺钉连接于夹持环(5)上，拨叉(6)焊接于夹持环上，在支持块的下方是支持柱(3)，整个夹持机构与真空炉室上、下轴、加热线圈同轴安本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种区熔单晶炉单晶硅棒夹持机构，具有装在夹持器斜孔内的金属销构成的夹持元件，其特征为：夹持体（２）具有三个均布对称的斜孔，孔内插有夹持棒（１），夹持棒由支持块（４）托住，支持块用螺钉连接于夹持环（５）上，拨叉（６）焊接于夹持环上，在支持块的下方是支持柱（３），整个夹持机构与真空炉室上、下轴、加热线圈同轴安装于炉室内。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：盛耀昌，张印赤，
申请(专利权)人：东风电机厂，
类型：实用新型
国别省市：51[中国|四川]