一種用於區熔爐的晶體切割裝置製造方法
2023-06-12 15:29:41 2
一種用於區熔爐的晶體切割裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型創造提供一種用於區熔爐的晶體切割裝置，包括切割裝置和夾持機構，切割裝置包括切割片、氣動馬達、機械臂和電機，夾持機構包括夾持器主體、夾持片、導向杆、支撐片支架、夾持器託盤、支撐片和導向塊。在單晶生長失敗後，使用切割片對晶體細頸進行切割截斷，並將截斷的錐頭進行收集，取消了拆爐、裝爐的過程，實現不拆爐、重新拉晶。對夾持機構進行改進，使導向杆能夠滿行程升降而夾持片不會滑落，並保證夾持片角度固定不變。切割裝置在停止使用時能隱藏在爐壁中，有效地避免熱輻射對裝置內部結構的影響。利用半圓環狀板作為對切割後錐頭的收集，以防止其掉落影響下軸的傳動，也達到了保護作用，並可對錐頭二次利用。
【專利說明】-種用於區熔爐的晶體切割裝置
【技術領域】
[0001] 本發明創造涉及半導體材料製備【技術領域】，公開了一種用於區熔爐的晶體切割裝 置。
【背景技術】
[0002] 在現有的區熔爐拉晶生產工藝中，如果拉晶過程中產生位錯，則會導致晶體生長 失敗（稱為斷稜和斷苞），此時需要操作人員進行拆爐，將產生位錯的錐頭取出，並對區熔 爐進行清爐後才能再次進行單晶拉制。每次操作需要經過拆爐--錐頭取出--裝爐-- 拉晶。這樣的生產工藝浪費了大量工時，且每次拆爐後需要將爐體內的保護氣體氬氣排出， 然後裝爐、拉制單晶時，要重新向爐體內充滿保護氣體氬氣，造成氬氣的嚴重浪費。例如在 實際生產時，如果平均每臺設備每天斷稜斷包4次，每次拆裝爐需花費時間30min，則此種 情況導致的每月每臺設備拆裝爐時間大約為3600min (佔總工時的8. 33% )，多消耗保護氣 體氬氣7100L，造成了生產工時及成本的嚴重浪費。
【發明內容】
[0003] 本發明創造要解決的問題是在不影響成晶的前提下，對區熔爐爐體結構進行優化 改造，增加機械臂、切割片等裝置，達到不拆爐就能將錐頭取走、繼續拉晶，節省工時、降低 成本的目的。
[0004] 為解決上述技術問題，本發明創造採用的技術方案是：一種用於區熔爐的晶體切 割裝置，包括區熔爐本體、切割裝置和夾持機構，所述區熔爐本體包括爐壁和內部腔體，所 述切割裝置和夾持機構均位於所述內部腔體中，
[0005] 所述切割裝置包括切割片、氣動馬達、機械臂和電機，所述氣動馬達與所述切割片 連接，帶動切割片旋轉，所述氣動馬達與機械臂的一端連接，所述電機與所述機械臂的另一 端連接，帶動所述機械臂沿電機軸向前後移動，所述電機位於爐壁上，所述夾持機構包括夾 持器主體、夾持器託盤、夾持片、導向杆、支撐片支架、支撐片和導向塊，所述夾持片、導向 杆、支撐片支架、支撐片和導向塊為若干個，
[0006] 所述夾持器託盤的頂面設有所述夾持器主體和若干支撐片支架，所述若干支撐片 支架位於所述夾持器主體外圍，
[0007] 所述夾持器主體上端側面設有一圈環狀突起，所述環狀突起上設有若干穿透孔， 所述支撐片的一端穿透所述支撐片支架的頂端，且所述支撐片與所述支撐片支架的頂端活 動連接，所述支撐片的另一端設有凸起，所述凸起伸入所述導向杆的頭部下端，支撐所述導 向杆，所述導向杆的頭部側壁設有凹槽，所述導向塊與所述支撐片設有凸起的一端相連，所 述導向塊與所述凹槽配合，且所述導向塊可在所述凹槽內滑動，所述導向杆的尾部從下向 上穿透所述環狀突起上的穿透孔，並與所述夾持片連接。
[0008] 進一步，所述爐壁上還設有法蘭，所述內部腔體中設有下軸，所述電機與所述法蘭 連接，所述夾持器託盤的底面與所述下軸相連，並隨其同步運動，所述支撐片穿透所述支撐 片支架的一端與鋼絲的一端相連，所述鋼絲的另一端連接至位於所述內部腔體底部且與所 述下軸同步轉動的託盤上。
[0009] 進一步，還包括兩塊半圓形狀板，所述半圓形狀板拼接組成環形盤，將下軸和鋼絲 圈在中間，所述環形盤位於所述內部腔體中，且位於所述夾持機構下方。
[0010] 進一步，所述氣動馬達為活塞式氣動馬達。
[0011] 進一步，所述法蘭徑深大於所述爐壁厚度。
[0012] 進一步，所述法蘭上方還設有觀察窗。
[0013] 進一步，所述電機為步進電機。
[0014] 本發明創造具有的優點和積極效果是：一種用於區熔爐的晶體切割裝置，在單晶 生長失敗後，使用切割片對晶體的細頸進行切割截斷，並將截斷的錐頭進行收集，將原有的 "拆爐一錐頭取出一裝爐一拉晶"的流程簡化為"切割錐頭一重新拉晶"，取消了拆 爐、裝爐的過程，實現不拆爐、重新拉晶。另一方面，對夾持機構進行有效改進，使支撐片能 夠滿行程升降而夾持片不會滑落，同時能夠保證夾持片角度在升降時固定不變。除此之外， 切割裝置在停止使用狀態下能隱藏在區熔爐爐壁中，可有效地避免熱輻射對裝置內部結構 的影響。下爐室相應位置安裝了兩塊互相拼接的半圓環狀板，作為對切割後錐頭的收集，以 防止其掉落影響下軸的傳動，也達到了保護作用。在拉晶結束後將板取出，可以收集裡面被 切割的錐頭，並被二次利用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發明創造立體結構示意圖；
[0016] 圖2是切割狀態示意圖；
[0017] 圖3是導向塊結構示意圖。
[0018] 圖中：
[0019] 1、切割片2、氣動馬達 3、機械臂
[0020] 4、電機 5、夾持器主體6、夾持片
[0021] 7、導向杆8、支撐片支架9、夾持器託盤
[0022] 10、支撐片11、導向塊 12、鋼絲
[0023] 13、法蘭 14、下軸 15、半圓形狀板
[0024] 16、螺杆 17、單晶
【具體實施方式】
[0025] 如圖1-3所示，一種用於區熔爐的晶體切割裝置，包括區熔爐本體、切割裝置和夾 持機構，所述區熔爐本體包括爐壁和內部腔體，所述切割裝置和夾持機構均位於所述內部 腔體中，切割裝置固定在爐體內部腔體中，位置位於設備下爐室部分（拉晶時夾持機構位 於中爐室）。當需要對錐頭進行切割時，需要將下軸14垂直向下移動來匹配切割裝置的位 置。因此在切割時，切割裝置位於夾持機構上方。
[0026] 所述切割裝置包括切割片1、氣動馬達2、機械臂3和電機4,所述氣動馬達2與所 述切割片1連接，帶動切割片1旋轉，所述氣動馬達2與機械臂3的一端連接，所述電機4 與所述機械臂3的另一端連接，帶動所述機械臂3沿電機4軸向前後移動，所述電機4位於 爐壁上，所述夾持機構包括夾持器主體5、夾持器託盤9、夾持片6、導向杆7、支撐片支架8、 支撐片10和導向塊11，所述夾持片6、導向杆7、支撐片支架8、支撐片10和導向塊11為若 幹個，所述夾持器託盤9的頂面設有所述夾持器主體5和若干支撐片支架8,所述若干支撐 片支架8位於所述夾持器主體5外圍，所述夾持器主體5上端側面設有一圈環狀突起，所述 環狀突起上設有若干穿透孔，所述支撐片10的一端穿透所述支撐片支架8的頂端，且所述 支撐片10與所述支撐片支架8的頂端活動連接，所述支撐片10的另一端設有凸起，所述凸 起伸入所述導向杆7的頭部下端，支撐所述導向杆7,所述導向杆7的頭部側壁設有凹槽，所 述導向塊11與所述支撐片10設有凸起的一端相連，所述導向塊11與所述凹槽配合，且所 述導向塊11可在所述凹槽內滑動，所述導向杆7的尾部從下向上穿透所述環狀突起上的穿 透孔，並與所述夾持片6連接。
[0027] 所述爐壁上還設有法蘭13,所述內部腔體中設有下軸14,所述電機4與所述法蘭 13連接，所述夾持器託盤9的底面與所述下軸14相連，並隨其同步運動，所述支撐片10穿 透所述支撐片支架8的一端與鋼絲12的一端相連，所述鋼絲12的另一端連接至位於所述 內部腔體底部且與所述下軸14同步轉動的託盤上。
[0028] 還包括兩塊半圓形狀板15,所述半圓形狀板15拼接組成環形盤，將下軸14和鋼絲 12圈在中間，所述環形盤位於所述內部腔體中，且位於所述夾持機構下方。
[0029] 所述氣動馬達2為活塞式氣動馬達。
[0030] 所述法蘭13徑深大於所述爐壁厚度。
[0031] 所述法蘭13上方還設有觀察窗。
[0032] 所述電機4為步進電機。
[0033] 單晶17生長失敗後，使用切割片1對晶體的細頸進行切割截斷，並將截斷的錐頭 進行收集，將原有的"拆爐--錐頭取出--裝爐--拉晶"的流程簡化為"切割錐頭-- 重新拉晶"，取消了拆爐、裝爐的過程，實現不拆爐、重新拉晶。切割工作過程為：
[0034] (1)當擴肩中發生斷稜、斷包時，將下軸14快速下降至相應位置；
[0035] (2)打開氣動馬達2閥門，使切割片1旋轉（輸出轉速在2000 - 2500rpm);
[0036] (3)按動步進電機4伸出按鈕，下爐室法蘭13處安裝的步進電機4帶動機械臂3 和氣動馬達2前後移動，使機械臂3移出至細頸處，氣動馬達2帶動切割片1旋轉，對細頸 進行切割，完成切斷錐頭過程；
[0037] (4)按動步進電機4退回按鈕，使機械臂3退回；
[0038] (5)由於夾持機構的可恢復性，將下軸14快速上升至相應位置繼續拉晶。
[0039] 在對錐頭進行切割後，需要對錐頭做相應的收集。本發明創造在區熔爐下熔爐相 應位置安裝了兩塊互相拼接的半圓環狀板15,作為對切割後錐頭的收集，以防止其掉落影 響下軸14的傳動，也達到了一種保護作用。在拉晶結束後將環形盤取出，可以收集裡面被 切割的錐頭，並被二次利用。
[0040] 本發明創造的另一方面，是對夾持機構進行了有效改進。舊型夾持器，支撐片支架 8連接在夾持器託盤9上，夾持器託盤9與下軸14相連，並隨其同步運動，支撐片10的一 端與導向杆7頭部底面卡接，支撐片10中部使用螺杆16將支撐片10穿透安裝在支撐片支 架8上，使其能夠繞支撐片支架8轉動，支撐片10後端連接鋼絲12,鋼絲12的另一端連接 在位於內部腔體底部且與下軸14同步轉動的託盤上。當下軸14上升至上限位時，鋼絲12 繃緊，使支撐片10與導向杆7卡接的一端上揚，同時支撐片10帶動導向杆7在穿透夾持器 主體5上端的環狀突起的狀態下也上揚，直到支撐片10頂緊環狀突起的底面，導向杆7頭 部位於穿透孔內，尾部處於相對於環狀突起的最上限位置狀態，此時支撐片10的端部頂緊 導向杆7頭部底面。當需要釋放夾持器時，下軸14開始向下運動，使鋼絲12從繃緊狀態逐 漸鬆弛，支撐片10以支撐螺杆16為軸慢速向下滑動，使支撐片10與導向杆7卡接的一端 下垂，由於支撐片10下垂前，只通過其端部頂緊導向杆7頭部底面，因此隨著支撐片10下 垂一段距離後，支撐片10的端部會從導向杆7頭部底面抽出，進而造成導向杆7失去支撐 力而自由下滑，直至夾持片6落在夾持器主體5上端側面的環狀突起上，在夾持器主體5上 端側面的環狀突起的支撐作用下，導向杆7停止下滑，此時為導向杆7相對於環狀突起的最 下限位置狀態，此時夾持片6夾住單晶。由於支撐片10已經脫離導向杆7的頭部底面，無 法恢復對導向杆7的支撐作用，即對導向杆7的上行狀態無法自動恢復。
[0041] 本發明創造在支撐片10 -端設置凸起，凸起伸入導向杆7頭部下端，用於支撐導 向杆7。導向杆7的頭部側壁設有凹槽，片狀導向塊11位於支撐片10設有凸起的一端，導向 塊11與凹槽相配合，且導向塊11可在凹槽內滑動。導向塊11不僅可以防止導向杆7在下 滑過程中由於左右搖晃而造成地夾持單晶17不穩的問題。除此之外，由於加入導向塊11， 需要釋放夾持器時，下軸14開始向下運動，使鋼絲12從繃緊狀態逐漸鬆弛，支撐片10以支 撐螺杆16為軸慢速轉動，使支撐片10與導向杆7卡接的一端下垂，由於支撐片10下垂前， 只通過其端部設置的凸起頂緊導向杆7頭部底面，因此隨著支撐片10下垂一段距離後，會 出現凸起滑出導向杆7頭部底面，進而使導向杆7失去支撐作用，而自由下滑。但是由於導 向塊11的設計使用，導向塊11卡在導向杆7頭部側壁的凹槽內，因此在導向塊11的卡接 作用下，使支撐片10 -直沒有脫離導向杆7,因此導向杆7 -直會受到支撐力，進而避免了 導向杆7由於失去支撐作用而自由下滑，直至最底端。因此片狀導向塊11的設計使用，能 夠使導向杆7滿行程升降且能保證夾持片6的位置在升降期間不會滑落且夾持角度不會發 生改變。需要恢復位置時將下軸14上升即可。之所以要保證夾持片6的位置不變，是因為 夾持片6臨近單晶17的方向設有內凹弧形缺口，而缺口的角度（位置）是需要保證與單晶 17中心相對的。如果沒有本發明創造改造後添加的導向塊11，很容易使夾持片6的角度 (位置）在重新升起時發生改變。支撐片10能通過端部設置的導向塊11伸入夾持器主體 5上端的環狀突起孔內，保證上下移動全行程均可恢復的狀態；同時，支撐片10與導向杆7 之間有片狀導向塊11，能夠保證夾持片6的角度在升降時固定不變。
[0042] 法蘭13安裝在區熔爐下爐室爐壁上，本發明創造將法蘭13孔做大做長並超出爐 體，目的是為了將切割裝置藏在爐壁內，並在相應位置安裝觀察窗，這樣可以有效地避免熱 輻射對裝置內部結構的影響。
[0043] 以上對本發明創造的實施例進行了詳細說明，但所述內容僅為本發明創造的較佳 實施例，不能被認為用於限定本發明的實施範圍。凡依本發明創造範圍所作的均等變化與 改進等，均應仍歸屬於本專利涵蓋範圍之內。
【權利要求】
1. 一種用於區熔爐的晶體切割裝置，其特徵在於：包括區熔爐本體、切割裝置和夾持 機構，所述區熔爐本體包括爐壁和內部腔體，所述切割裝置和夾持機構均位於所述內部腔 體中， 所述切割裝置包括切割片（1)、氣動馬達（2)、機械臂（3)和電機（4)，所述氣動馬達 (2)與所述切割片（1)連接，帶動切割片（1)旋轉，所述氣動馬達（2)與機械臂（3)的一端 連接，所述電機（4)與所述機械臂（3)的另一端連接，帶動所述機械臂（3)沿電機（4)軸向 前後移動，所述電機（4)位於爐壁上，所述夾持機構包括夾持器主體（5)、夾持器託盤（9)、 夾持片（6)、導向杆（7)、支撐片支架（8)、支撐片（10)和導向塊（11)，所述夾持片（6)、導向 杆（7)、支撐片支架（8)、支撐片（10)和導向塊（11)為若干個， 所述夾持器託盤（9)的頂面設有所述夾持器主體（5)和若干支撐片支架（8)，所述若 幹支撐片支架（8)位於所述夾持器主體（5)外圍，所述夾持器主體（5)上端側面設有一圈 環狀突起，所述環狀突起上設有若干穿透孔，所述支撐片（10)的一端穿透所述支撐片支架 (8)的頂端，且所述支撐片（10)與所述支撐片支架（8)的頂端活動連接，所述支撐片（10) 的另一端設有凸起，所述凸起伸入所述導向杆（7)的頭部下端，支撐所述導向杆（7)，所述 導向杆⑵的頭部側壁設有凹槽，所述導向塊（11)與所述支撐片（10)設有凸起的一端相 連，所述導向塊（11)與所述凹槽配合，且所述導向塊（11)可在所述凹槽內滑動，所述導向 杆（7)的尾部從下向上穿透所述環狀突起上的穿透孔，並與所述夾持片（6)連接。
2. 根據權利要求1所述的一種用於區熔爐的晶體切割裝置，其特徵在於：所述爐壁上 還設有法蘭（13)，所述內部腔體中設有下軸（14)，所述電機（4)與所述法蘭（13)連接，所 述夾持器託盤（9)的底面與所述下軸（14)相連，並隨其同步運動，所述支撐片（10)穿透所 述支撐片支架（8)的一端與鋼絲（12)的一端相連，所述鋼絲（12)的另一端連接至位於所 述內部腔體底部且與所述下軸（14)同步轉動的託盤上。
3. 根據權利要求2所述的一種用於區熔爐的晶體切割裝置，其特徵在於：還包括兩塊 半圓形狀板（15)，所述半圓形狀板（15)拼接組成環形盤，將下軸（14)和鋼絲（12)圈在中 間，所述環形盤位於所述內部腔體中，且位於所述夾持機構下方。
4. 根據權利要求1所述的一種用於區熔爐的晶體切割裝置，其特徵在於：所述氣動馬 達（2)為活塞式氣動馬達。
5. 根據權利要求2所述的一種用於區熔爐的晶體切割裝置，其特徵在於：所述法蘭 (13)徑深大於所述爐壁厚度。
6. 根據權利要求2所述的一種用於區熔爐的晶體切割裝置，其特徵在於：所述法蘭 (13)上方還設有觀察窗。
7. 根據權利要求1所述的一種用於區熔爐的晶體切割裝置，其特徵在於：所述電機（4) 為步進電機。
【文檔編號】C30B13/00GK203999899SQ201420438574
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月6日 優先權日:2014年8月6日
【發明者】馮嘯桐, 劉嘉, 劉錚, 趙宏波, 王遵義, 孫昊 申請人:天津市環歐半導體材料技術有限公司