CN101509148B - 具有泄浆导流结构的长晶炉 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种具有泄浆导流结构的长晶炉，其中，于负载框体的底板四周向下垂设有四片长檐板，并将四支串连起来的V形檐沟槽对应设置于四片长檐板的下方。如此，当负载框体内的坩埚若有泄流的高温熔融硅浆，将会先被导引顺着长檐板流动并滴下并辗转流至V形檐沟槽内，故可避免硅浆沿着桌板四周缘涎流至支撑柱使支撑柱断裂，造成坩埚倾倒与硅浆泛滥。再于炉底盖内增设收纳皿以容装大量泄流硅浆，并隔绝其流近支撑柱，除可保护支撑柱不受毁损外，亦可预防炉底盖受融熔硅浆的热冲击而导致扭曲变形。

Description

具有泄浆导流结构的长晶炉

技术领域

本发明涉及一种长晶炉，尤指一种适用于具有泄浆导流结构的多晶硅或单晶硅的长晶炉。

背景技术

请参阅图1，其显示为现有的长晶炉，如图所示一加热室9设置于长晶炉内，于加热室9内容设有桌板94、与负载框体93。负载框体93之中放置有坩埚92，坩埚92中装盛有熔融的硅浆91。三根支撑柱95固设于长晶炉的炉底，并支撑于桌板94、负载框体93、及坩埚92的下方。

通常坩埚92是以二氧化硅(石英)所制成，其软化点约为1400℃，而熔融的硅浆91其温度大约是1412℃以上。因此，当硅浆91处于熔融的液态时，坩埚92也因盛载高温的硅浆91而渐趋软化，而无法承受硅浆91所产生的侧向力。于是在坩埚92的四周围组装石墨制成的负载框体93，作为加强坩埚92盛载硅浆91的强度。

在长时间的运转后，长晶炉反复于高温、冷却的状态下运作，致使坩埚92的底部或侧边偶会形成细部裂缝，再经硅浆91自身重量的挤压下，硅浆91会由细部裂缝泄流，且负载框体93也非密闭组合，硅浆91会从负载框体93的隙缝渗流而出。而黏稠的硅浆91对石墨制成的桌板94附着力强，因此会沿着桌板94涎流至石墨支撑柱95，最后硅浆91在不断地累积的下使支撑柱95形成裂痕951，952，并导致支撑柱95的断裂、毁损而使得坩埚92倾倒，导致硅浆91侵蚀炉底盖82的内壁致破裂，尤其在感温热电偶99穿过炉底盖82处最脆弱，终致使冷却水套96内的冷却水大量涌入至炉内空间90。此时，水、硅浆91、及石墨在高温时会急剧反应释出大量氢气(H2)、一氧化碳(CO)及水蒸汽，其化学反应式为

由于炉内气压爆增，致使炉体80爆开。炉体80爆开的瞬间，自炉内释出大量氢气(H2)、及一氧化碳(CO)，其与炉外的氧气(O2)反应而发生连锁***。不但长晶炉毁坏，炉外许多设施也同时烧毁，造成公安事件。

有时，硅浆91流到炉底盖82的量，虽不足以蚀穿炉底盖82的内壁导致冷却水涌入炉内空间90，但硅浆91的热冲击也常导致炉底盖82扭曲变形，造成炉底盖82无法与炉上腔81密合，而使空气漏入炉内。

发明内容

本发明为一种具有泄浆导流结构的长晶炉，其包括有一炉体(furnacebody)、一支撑桌体(supporting table)、一负载框体(loading frame)、多个檐元件(eaves element)、以及一组檐沟槽(eaves gutter)。

炉体包括有一炉上腔、及一炉底盖，炉底盖是盖合于炉上腔下方、并共同围绕形成一炉内空间。支撑桌体设置于炉体的炉内空间内，支撑桌体包括有一桌板、及多根支撑柱，桌板透过支撑柱以固设于炉底盖内。

负载框体，被承置于支撑桌体的桌板上方，负载框体包括有一底板、及四个侧板，侧板是环绕并立设于底板上方、并共同围绕形成一内凹空间，底板大于支撑桌体的桌板，底板的外环周并围绕有一外周缘，外周缘是延伸超出桌板之外。

多个檐元件，设置于负载框体的底板的外周缘处。檐沟槽设置于炉底盖内，檐沟槽并对应设置于多个檐元件的下方。如此，当负载框体内的坩埚若有高温熔融硅浆泄流，将会先被导引顺着长檐板流下至V形檐沟槽内，故可避免硅浆沿着桌板四周缘涎流至支撑柱使支撑柱断裂，造成坩埚倾倒与硅浆泛滥。

此外，檐元件包括有四片长檐板(elongated eaves board)，负载框体的底板可为一方形石墨板，四片长檐板并分别锁固并向下垂设于方形石墨板的外周缘四个边上。其中，檐沟槽内更布设有一热熔断感应线。并且，檐沟槽内包括有多个固定件，以将热熔断感应线固定于组檐沟槽内。当硅浆泄流被导引滴入檐沟槽内，并烧毁热熔断感应线时，电热器立即断电，以使硅浆尽速凝固。檐沟槽亦包括有一内缘、及一外缘，其中，内缘的设置高度高于外缘，并且外缘垂设有一垂边。檐沟槽可由多个v形沟槽并彼此串连连接一起，或可由半圆形沟槽、方形沟槽…所串连连接一起成一框形。

此外，长晶炉也包括有一收纳皿，其设置于炉底盖底部内面，收纳皿并对应设置于多个檐元件与檐沟槽的下方、但却远离支撑桌体的多根支撑柱处。收纳皿包括有一方形内缘、及一圆弧形外缘，方形内缘设置于檐沟槽的下方，并远离支撑桌体的多根支撑柱，圆弧形外缘容设于该炉底盖内面。由于炉底盖内增设收纳皿以容装大量泄流硅浆，用以隔绝其流近支撑柱，更可保护支撑柱、及炉体结构不受毁损。

收纳皿还包括有一感温器，感温器设置于收纳皿的底部位置。而感温器则包括有一热电偶。收纳皿包括有至少一铜质收纳皿。大量的硅浆会溢流过檐沟槽流入收纳皿，并使收纳皿温度升高，当感温器感应到升高的温度后即送出信号，传送到外部控制是统，启动急冷装置，使硅浆尽速固化。

另外，长晶炉包括有一加热室，加热室可设置于炉体的炉内空间内，并容纳有桌板、与负载框体于其内。加热室包括有一下隔热板，其外环周并围绕有一外周缘，下隔热板可介于檐元件与檐沟槽之间，外周缘并向下对应至檐沟槽。下隔热板包括有一上表面，上表面的外周并斜设有一边坡，边坡是向上对应到檐元件，边坡并朝向外周缘处倾斜。此外，下隔热板是固定于炉底盖内，下隔热板可包括有多个穿孔、及多个高领套筒，多个高领套筒分别穿设于多个穿孔内，并分别套设于多根支撑柱周围。多个高领套筒除可强化支撑桌体的侧向依托力外，更可防止大量泄流的硅浆淹及支撑柱，可使支撑柱免受侵蚀破坏。

再者，檐沟槽的内缘的设置高度高于外缘，其目的在于当硅浆溢出檐沟槽时，可使其尽量往收纳皿上缘滴下，以扩散冷却范围，延伸檐沟槽的缓冲效果，减缓硅浆的热冲击。

附图说明

图1为本发明现有的长晶炉；

图2是本发明一较佳实施例的剖视图；

图3是本发明一较佳实施例的立体示意图；

图4是本发明一较佳实施例檐沟槽的立体图；

图5是本发明一较佳实施例硅浆泄漏的示意图；

图6是本发明一较佳实施例硅浆泄漏的另一示意图；

图7～10是本发明檐元件于不同实施例的示意图。

【主要元件符号说明】

炉体1，80        炉内空间10，90    炉上腔11，81

炉底盖12，82     支撑桌体2         桌板22，94

支撑柱24，95     负载框体3，93     底板31

外周缘310        侧板32            内凹空间320

长檐板         内沟403            外檐片404

41，42，43，44

檐沟槽5        热熔断感应线       固定件502

               501

收纳皿6        感温器603          方形内缘61

圆弧形外缘62   加热室7，9         下隔热板71

外周缘710      上表面711          下表面712

边坡713        穿孔714            边凸块715

侧隔热板72     内壁721            隙缝73

高领套筒78     坩埚8，92          硅浆91

裂痕951，952   冷却水套96         檐元件

                                  4，401，402，405

温热电偶99     V形沟槽            垂边

               51，52，53，54     515，516，517，518

内缘511        外缘512

具体实施方式

请参阅图2，其显示为本发明一较佳实施例的剖视图。本发明是有关于一种具有泄浆导流结构的长晶炉，包括一炉体1、一支撑桌体2、一负载框体3、四个檐元件4、一组檐沟槽5、一收纳皿6、以及一加热室7。

如图2所示，炉体1包括有一炉上腔11、及一炉底盖12。其中，炉底盖12是由下往上盖合于炉上腔11的下方、并共同围绕形成一炉内空间10。加热室7是设置于炉体1的炉内空间10内，并容纳有桌板22、与负载框体3于其内。下隔热板71的外环周并围绕有一外周缘710，下隔热板71是介于檐元件4与檐沟槽5之间，外周缘710并向下对应至檐沟槽5。

如图2所示，加热室7的下隔热板71包括有一上表面711、及一下表面712。其中上表面711的外周并斜设有一边坡713，边坡713是向上对应到檐元件4，边坡713并朝向外周缘710处倾斜。下隔热板71的四周外周缘710与四侧隔热板72的内壁721之间留有约3mm的隙缝73。

支撑桌体2设置于炉体1的炉内空间10内，而支撑桌体2的上半部置于加热室7之内。于本例中，支撑桌体2包括有一桌板22、及八根支撑柱24(图2中显示为剖面的三根支撑柱)，而桌板22则透过八根支撑柱24以固设于炉底盖12内。

负载框体3被承置于支撑桌体2的桌板22上方。负载框体3包括有一底板31、及四个侧板32。侧板32是环绕并立设于底板31上方、并共同围绕形成一内凹空间320，以形成一上方开放但下方封闭的有底框体，以便能于其内凹空间320内放入一坩埚8以支撑其重量与硅浆熔融后的侧向力。底板31面积大于支撑桌体2的桌板22，底板31的外环周并围绕有一外周缘310，外周缘310是延伸超出桌板22之外。

请参阅图3并一同参阅图2、图4。图3显示为本发明一较佳实施例的立体示意图，图4显示为本发明一较佳实施例檐沟槽的立体图。如图2、及图3所示，檐元件4设置于负载框体3的底板31的外周缘310处。檐元件4包括有四片长檐板41，42，43，44，负载框体3的底板31是一方形石墨板，四片长檐板41，42，43，44并分别锁固并向下垂设于方形石墨板31的外周缘310的四个边上，其可直接向下垂下，亦可斜向下垂，呈现如同屋檐形状，故名的为檐元件4，以引导硅浆往长檐板41，42，43，44外侧斜下滴落，不会因硅浆本身的黏滞特性而吸附于底板31底面流到支撑桌体2的桌板22与支撑柱24上，避免破坏支撑柱24。

其中，檐元件4是在以堆高机将负载框体3连同坩埚8放上支撑桌体2以完成积载后，才安装上去底板31外周缘310处，以避免损坏檐元件4。另，于卸下坩埚8的前亦须先取下檐元件4，以避免损坏檐元件4。

如图3所示，檐沟槽5设置于炉底盖12内。檐沟槽5并对应设置于四个檐元件4及边坡713的下方。如图4所示，檐沟槽5包括有四个V形沟槽51，52，53，54并彼此串连连接一起成一框体。檐沟槽5内设置有多个固定件502，再于檐沟槽5内布设有一热熔断感应线501，多个固定件502是将热熔断感应线501固定于檐沟槽5内，其中，热熔断感应线501可以不锈钢线制、或铜线制成。

请一同参阅图5、及图4。图5是本发明一较佳实施例硅浆泄漏的示意图。如图5所示，当硅浆受到檐元件4的引导垂涎至加热室7而向下滴入下隔热板71的边坡713，再由边坡713渗流穿过隙缝73，最后流下至檐沟槽5，而达成导流泄浆的功效，此外，硅浆流入檐沟槽5内时，会将热熔断感应线501熔断。

热熔断感应线501是电连接至一外部控制中心，热熔断感应线501一旦被熔断则输出一电信号，外部控制中心检测到此电信号便立即切断加热器的电源以降温。若坩埚的裂痕轻微，硅浆91在裂痕处凝固不再泄漏，而已经泄流的硅浆91则在V形沟槽51，52，53，54内逐渐降温凝固作为缓冲；反的若大量的硅浆流出时，则会溢出于檐沟槽5而流入收纳皿6内。

请参阅图6，其是本发明一较佳实施例硅浆泄漏的另一示意图。如图6所示收纳皿6包括有一感温器603，而感温器603包括有一热电偶，感温器603亦电连接至上述的外部控制中心。当泄浆大量溢至收纳皿6，使收纳皿6温度升高，此时设置于收纳皿6底部位置的感温器603检知异常高温时，除切断加热器的电源外，更启动急冷机制，使得已经泄流的硅浆在收纳皿6内瞬间降温，并使硅浆凝固不再流动，以避免发生更大的灾害。如图6所示，收纳皿6包括有一方形内缘61、及一圆弧形外缘62，方形内缘61设置于檐沟槽5的下方，并远离八根支撑柱24，圆弧形外缘62设置容设于炉底盖12底部内面，使其易于散热。此外，收纳皿6的容量足以容纳坩埚8内的全部硅浆。

如图6并同时参阅图4所示，四组檐沟槽包括有一内缘511、及一外缘512，其中，内缘511的设置高度高于外缘512，并且外缘512四周分别垂设有四个垂边515，516，517，518。当硅浆溢出檐沟槽5时，会从外侧溢流，经垂边515，516，517，518引导，往收纳皿6的圆弧形外缘62的上缘流下至底部，其间，硅浆会扩散、凝结，而减低硅浆的热冲击，达到保护支撑柱24及炉底盖12等结构的功效。

上述的檐沟槽5是作为承受硅浆热冲击的缓冲器，若泄浆量少时即可于檐沟槽5内凝固，若泄浆量大时，自檐沟槽5溢出的部份则可由收纳皿6收纳凝固。由于泄浆冷却的时间被延长，受冷面积被扩大，因此，炉底盖12受热冲击而扭曲变形的问题得以克服。

如图6所示，长晶炉还包括有八个高领套筒78，其中，下隔热板可包括有八个穿孔714、及八个高领套筒78，八个高领套筒78分别穿设于八个穿孔714内，并分别套设于八根支撑柱24周围。高领套筒78除可强化支撑桌体2的侧向依托力外可防堵大量的泄浆淹及支撑柱24，保护支撑柱24免受硅浆侵蚀破坏。此外，如图6所示，下隔热板71的下表面712边缘处更凸设有边凸块715，以阻隔硅浆流向支撑柱24处。

上述的实施例透过檐元件4自负载框体3内引导泄流的高温融熔的硅浆至檐沟槽5，即可避免浆体沿着桌板22四周涎流至支撑柱24。若有更大量的泄流情形发生，则有高领套筒78保护支撑柱24不受硅浆侵蚀断裂。再者，大量溢出檐沟槽5的硅浆，也得到缓冲、冷却，并收纳于收纳皿6内，以确保支撑柱24在炉底盖24内不受侵蚀断裂，进而使坩埚8倾倒、硅浆泛流。因此，长晶炉***的事故就可杜绝。同时，上述的设计方式也同时解决了炉底盖12受硅浆热冲击而产生扭曲变形的问题。

请参阅图7～10，其是本发明檐元件于不同实施例的示意图。如图所示，檐元件401，402，405可以是各种垂下或斜下形状，且可任意锁固于底板31的侧面、或是底面皆可，或是只于底板31下挖出一内沟403以形成一相对垂下的外檐片404，亦可有异曲同工的功效。

上述实施例仅为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以申请专利范围所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (13)

1.一种具有泄浆导流结构的长晶炉，其特征在于包括：

一炉体，包括有一炉上腔、及一炉底盖，该炉底盖盖合于该炉上腔下方、并共同围绕形成一炉内空间；

一支撑桌体，设置于该炉体的该炉内空间内，该支撑桌体包括有一桌板、及多根支撑柱，该桌板透过该多根支撑柱以固设于该炉底盖内；

一负载框体，被承置于该支撑桌体的该桌板上方，该负载框体包括有一底板、及多个侧板，该多个侧板环绕并立设于该底板上方、并共同围绕形成一内凹空间，该底板大于该支撑桌体的该桌板，该底板的外环周围绕有一外周缘，该外周缘是延伸超出该桌板之外；

多个檐元件，设置于该负载框体的该底板的该外周缘处；

一组檐沟槽，设置于该炉底盖内，该组檐沟槽对应设置于该多个檐元件的下方；以及

一加热室，该加热室设置于该炉体的该炉内空间内，并容纳有该桌板、与该负载框体于其内，其中，该加热室包括有一下隔热板，该下隔热板的外环周围绕有一外周缘，该下隔热板介于该多个檐元件与该组檐沟槽之间，该外周缘向下对应至该组檐沟槽。

2.如权利要求1所述的长晶炉，其特征在于，该多个檐元件包括有四片长檐板，该负载框体的该底板是一方形石墨板，该四片长檐板分别锁固于该方形石墨板的外周缘四个边上。

3.如权利要求1所述的长晶炉，其特征在于，该组檐沟槽内还布设有一热熔断感应线。

4.如权利要求3所述的长晶炉，其特征在于，该组檐沟槽内还包括有多个固定件，该多个固定件将该热熔断感应线固定于该组檐沟槽内。

5.如权利要求1所述的长晶炉，其特征在于，该组檐沟槽包括有一内缘、及一外缘，其中，该内缘的设置高度高于该外缘，并且该外缘垂设有一垂边。

6.如权利要求1所述的长晶炉，其特征在于，该组檐沟槽包括有多个V形沟槽并彼此串连连接在一起。

7.如权利要求1所述的长晶炉，其特征在于，还包括有一收纳皿，设置于该炉底盖底部内面，该收纳皿对应设置于该多个檐元件与该组檐沟槽的下方、并远离该支撑桌体的该多根支撑柱处。

8.如权利要求7所述的长晶炉，其特征在于，该收纳皿包括有一方形内缘、及一圆弧形外缘。

9.如权利要求7所述的长晶炉，其特征在于，该收纳皿更包括有一感温器，该感温器设置于该收纳皿的底部位置。

10.如权利要求9所述的长晶炉，其特征在于，该感温器包括有一热电偶。

11.如权利要求7所述的长晶炉，其特征在于，该收纳皿包括有至少一铜质收纳皿。

12.如权利要求1所述的长晶炉，其特征在于，该下隔热板包括有一上表面，该上表面的外周斜设有一边坡，该边坡是向上对应到该多个檐元件，该边坡朝向该外周缘处倾斜。

13.如权利要求12所述的长晶炉，其特征在于，该下隔热板还包括有多个穿孔、及多个高领套筒，该多个高领套筒分别穿设于该多个穿孔内，并分别套设于该多根支撑柱周围。

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