TWI363109B - - Google Patents

Description

1363109 ;長曰曰過程中草籠911拉起，其内壁四周與天 910摩擦’石墨屬會剝落而污染碎晶^退火時程罩籠911 又放下關閉加熱室91，冷却時程再度拉起，如此往復上下， 不但㈣韻會滲切漿内，造成含碳量升高，降低 内壁與天板91〇間因長時磨耗，導致間隙漸漸 曰大”，、里逸失的情況會日益增加。 10 15 20 此外，為了縮短冷却的時程，加熱㈣的六面隔板僅 以石墨所製成的隔熱層92來進行隔熱，而未設有保溫層對 加熱室91保溫。以此種單薄的隔熱方式，熱能聚集不易。 尤其在長晶時程，打開罩籠911下方四周後，為使石夕衆能均 句長晶’先要使㈣913底部降溫，同時又要加大電功率去 維持加熱至91上方於向溫，使得長晶過程既費時又耗電。 【發明内容】 本發明係關於一種具有對流式散熱構造之長晶爐，包 括一爐體、一加熱室、及至少一加熱器。 =，爐體包括有-爐上腔、及—爐底蓋。爐底蓋是 盖合於爐上腔下方、並共同圍繞形成一爐内空間。加孰室 容設於爐體之爐内空間内’加熱室包括有一上隔板、複數 個側隔板、及一下隔板，並共同圍繞形成一室内空間。複 數個側隔板與爐體内壁之間間隔有一室外空間。至少一加 熱器容設於爐體之加熱室之室内空間内。 乂 :且，加熱室之上隔板開設有一上開口，下隔板開設 有一中央開口。此外，加熱室包括有一上閥門'—下閥門、 6 1363109 一上驅動器、及一下驅動器。其中，上驅動器是驅動上閥 門選擇式地打開或對應閉合於上隔板之上開口，下驅動器 是驅動下閥門選擇式地打開或對應閉合.於下隔板之中央開 σ ° 5 因此，矽漿冷凝時，可使冷氣流經由中央開口流入加 熱室下層’繼由上驅動器驅動上閥門打開上開口，使熱氣 流經由上開口流出、並沿著冷卻之爐壁順流而下，氣流被 爐壁降溫後再由中央開口流回加熱室内。因此形成一自動 ·· 對流式循環散熱流場，可快速散熱節省時間、提高生產效 10率。並且在矽漿長晶冷卻過程中，能自底部開始固化結晶 循序往上，使矽晶碇無内應力及碎裂存在，故矽晶碇品質 優良。 15 20 此外，於長晶爐中還可包括有一進氣管，進氣管包括 有-氣體出口 ’進氣管是穿過深人爐體内、並使氣體出口 設置於加熱室内、並位於下方鄰近中央開口處，並導入氬 氣以確保加熱室内氣體潔淨，以提升矽晶塊之品質。 其中，上驅動器可包括有-導螺桿或油壓紅或是氣廢 缸、及-驅動馬達...等皆可。且下驅動器可包括有一導螺 桿或油壓缸或是氣壓缸、及一驅動馬達..等皆可。 並且，加熱室之複數個側隔板彼此並#圍繞固定於上 =了、並共同形成一上罩結構4中，上罩結構可固 :著：ΪΓ，下隔板可固設於爐底蓋内，因此當下隔板 二對，υ升以蓋合於爐上腔下方時，上罩結構便能易 於對應罩盘在下隔板上方。並且，加熱室是雙層結構包括 7 1363109 有内層隔熱材，例如採用内層石墨隔熱材 '及一外層保 溫材例如採用外層氧化鋁纖維保溫材。如此，加熱室可透 過内2石墨隔熱材的絕熱、再由及外層保溫材的保溫，使 加熱至於熔融矽材料時更加節省能源。 、 勺如上述之長晶爐還可包括有一支榜桌體，此支樓桌體 Ϊ括桌板、及複數根支樓柱。桌板是容設於加熱室之 至内空間内，桌板並透過複數根支撐柱以固設於爐底蓋 内至少加熱裔包括有一底加熱器與支撐桌體之桌板組 言免一起。 夕加熱器可包括有一頂加熱器懸吊固設於 孤上腔内並對應位於桌板上方。頂加熱器包括有至少二 ::力…、、構’例如’ -上加熱器' 及-下加熱器，兩者 4。。 卜加熱益呈中空框狀且其外週是大於上加 熱裔，二者共同形成一金字塔形狀。 15 20 :且，頂加熱器之上加熱器還可包括有二 分別電連接至上加埶器摆 电Ρ ,_ , . … 楗供電力令上加熱器發熱用。其 中，頂加…、态之下加熱器還 連接至下加熱器以提石墨電極，分別電 設有複數個貫…複數根熱器發熱用。上隔板貫 固定於爐上腔内。、墨電極可穿過複數個貫孔後 【實施方式】 請參閱圖2，其係本發 圖。如圖所示，本實施例/長曰曰爐—較佳實施例之剖視 貫施例為—種具有對流式散熱構造之長 8 1363109 晶爐，包括一爐體l(furnace body)、一加熱室2(heating room)、及至少一加熱器3(heater)。 本實施例之爐體1包括有一爐上腔H、及一爐底蓋12, 爐底蓋12是由下往上蓋合於爐上腔u下方、並共同圍繞形 5 成一爐内空間1〇。加熱室2容設於爐體1之爐内空間1〇内， 加熱室2包括有一上隔板21、四個側隔板22、及一下隔板 23，並共同圍繞形成一室内空間2〇1，上述之六個隔板與爐 體1 5内壁之間間隔有一室外空間202。 • 而且，加熱室2之四個側隔板22彼此並排圍繞固定於上 10 隔板21下方、並共同形成一上罩結構。其中，上罩結構是 固設於爐上腔11内，下隔板23是固設於爐底蓋12内。因此 當下隔板23隨著爐底蓋12上升以蓋合於爐上腔丨丨下方時， 上罩結構便能易於對應罩蓋在下隔板23上方。此外，本實 施例之加熱室2是採用雙層結構，其包括有一内層隔熱材 15 221，例如採用内層石墨隔熱材，及一外層保溫材222，例 如採用外層氧化鋁纖維保溫材。 如此，加熱室2可透過内層石墨隔熱材的絕熱、再由及 ►外層保溫材222的保溫，使加熱室2於加熱熔融矽晶原料時 以及長晶過程中更加節省能源。 20 如圖2所示，加熱器3容設於加熱室2之室内空間201 内力”’、器3包括有一頂加熱器32(top heater)懸吊固設於爐 上腔11内、並對應位於桌板51上方。頂加熱器32包括有二 層之加熱結構’例如，一上加熱器32卜及一下加熱器322, 兩者皆為方形中空框體’且下加熱器322其外週是大於上加 9 1363109 熱器321，二者共同形成一金字塔形狀，以對應圖2所示堆 疊而成之矽原料形狀。 承接上述’頂加熱器32之上加熱器321使以二石墨電極 323分別電連接至上加熱器32卜以提供電力令上加熱器321 發熱用。頂加熱器32之下加熱器322亦以二石墨電極324分 別電連接至下加熱器322，以提供電力令下加熱器322發熱 用。上隔板21貫設有八貫孔，上述共四根石墨電極323, 324 是穿過其中四貫孔後固定於爐上腔11内，另有不通電的四

石墨棒連接頂加熱器32穿過其餘四貫孔，並固定於爐上腔 11内。 請參閱圖2 ’本實施例加熱室2之上隔板21開設有一上 開口 210(upper opening)，下隔板23開設有一中央開口 230(central opening)。尤其是，加熱室2還包括有一上閥門 ' 211(uPPer door)、一 下閥門 231(lower door)、一上驅動器 -15 212、及一下驅動器232。其中，本實施例之上驅動器212是 採用一螺桿與一驅動馬達，用以驅動上閥門211選擇式地打 開或對應閉合於上隔板21之上開口 210 ;本實施例之下驅動 B 器232也是採用另一螺桿與另一驅動馬達，用以驅動下閥門 231選擇式地打開或對應閉合於下隔板23之中央開口 23〇。 2〇 圖2顯示有一支樓桌體5(supporting table)，支樓桌體5 包括有一桌板51、及複數根支撐柱52，桌板51是容設於加 熱室2之室内空間201内’桌板51並透過複數根支撐柱52以 固設於爐底蓋12内。 1363109 " 其中，本實施例之加熱器3又包括有一底加熱器 31(bottom heater)其是與支撐桌體5之桌板5丨組設一起。另 有一負載框體6(loading frame)，被承置於支撐桌體5之桌板 51上方，負載框體6包括有一底板61、及四個側板62，四個 5 側板62是環繞並立設於底板61上方、並共同圍繞形成一内 凹空間，用以容裝一坩堝7於其内。 加熱室2之下隔板23貫設有複數個穿孔233，複數根支 撐柱52可分別穿過複數個穿孔233後固定於爐底蓋12上。在 #· 本實施例中，上述每一根支撐柱52可以使用石墨電極支 1〇柱，除可用以支撐頂抵於底加熱器31下方，又可彼此形成 電性連接以提供電力給底加熱器31發熱用。 當開始加熱時，加熱室各閥門全部關閉並藉由頂、底 力熱器32,31—起對时堝7由上下方同時加熱，可以加速掛禍 1 7内矽原料之熔融效率；同時，本實施例之上加熱器j與 下加熱器322更依照矽原料堆疊而成之金字塔形狀設計排 歹J故可使其上加熱器321與下加熱器322更加靠近石夕原 齡料，更有利於矽原料初期的熱能吸收，一旦金字塔形外層 之矽原料熔融後，變成液態熔融矽漿直接流入内層矽原料 2〇之顆粒又可加速内部石夕原料吸收熱能，如此產生良性 循環以快速熔融加熱整鍋坩堝7内之矽原料，故可節省能源 與時間。 4如圖2所示，於本例中還設有一通入氬氣用之進氣管 進氣管4包括有—氣體出口 41，進氣管4是穿過深入爐體 1内、並使氣體出口41設置於加熱室2内、並位於加熱室2下 11 1363109 $ r ’將外部氬 有’使得矽材料 能藉由加熱室2 方鄰近中央開口 230處。俾於長晶爐加熱過程中 氣導入經過進氣管4進到爐内作為保護氣體用， 在加熱熔融脫氧過程中一些不純物揮發後，沪 下方通入之氬氣循著室内熱氣流之推昇向上。脫氧過程， 5上間門211略為開啟，俾使揮發物可被帶走並逸出至加孰室 2之外，再以排氣管引出長晶爐外’更可確保加熱室2内、氣 體潔淨’確保石夕晶塊品質之提升。 上閥門2 11回復緊閉，並切斷底加熱器3丨之電源 度並徐徐打開加熱室2其下閥門23 1，使冷氣流 當開始冷卻長晶時，請參閲圖3,其係本實施例長晶爐 φφ 肖啟下閥門之剖視圖。冑掛禍7内的石夕漿進入長晶階段時，

結晶，逐漸往上冷卻，矽晶由下往上延伸成長，此時，頂 15加熱器32也配合逐漸減少電能供應而逐漸降溫。 因此，於固化結晶過程，矽晶膨脹所產生的壓力向上 排撥，因石夕漿上方尚在軟化狀態，壓力得以釋放，直至最 後固化，元成全部長晶。故而可改善習知坩堝四周之矽漿 先固化後，為後固化的中央部份的矽晶膨脹所擠壓，導致 2〇應力嚴重集中現象。再者，本實施例因為加熱室2保溫良 好，故可用較少的電能就可以使逐漸凝固的矽晶碇維持一 定的軟化程度，而使矽晶碇於長晶時完全無内應力及碎裂 存在’故而矽晶碇品質優良，並能節省能源。 12 1363109 如圖3所不，由於中央開口 23〇與下閥門231間之分件線 很=且位置最低，並遠離㈣7細而位於桌板5ΐτ方因 *長日日過纟Τ閥Η 231徐徐向下開啟使得下閥門231離 開下隔板23時，二者間接觸面之摩擦所掉落之石墨屬很有 5限，且將不會飄落到㈣7内’故不會污染增禍7内之石夕晶 碇’可確保矽晶碇之品質。 請參閱圖4，其係本實施例長晶爐開啟上、及下閥門之 剖視圖。㈣竭7内的石夕漿長晶完成後即進入冷卻階段此 ··日寺，頂加熱器32之電源已完全關閉，再開啟加熱室2之上閥 10門叫。加熱室2内之熱氣流往上浮昇並自上開口 21〇排出， 爐體因有水或喷霧之冷卻而降溫，因此熱氣流沿著冷卻之 爐上腔11與爐底蓋12之爐壁順流而下，其間，熱量由 吸熱而降溫’再由中央開口回流至加熱室2内，週而復始， ' 因此形成一對流式循環散熱流場，藉以自然循環即可快速 .15 散熱冷卻矽晶碇，節省時間》 圖5係本實施例長晶爐開啟上、下閥門、及爐底蓋之剖 視圖。一旦爐内冷卻至較低之安全溫度後，如圖所示，就 可向下打開爐底蓋12，使大量的冷卻氣流直接冷卻坩禍7内 已長晶完成的矽晶碇，再加上述之前階段冷卻，因此，可 20 使本階段冷卻更加迅速，得以快速取下矽晶碇，節省等待 時間，並增加產量。 綜合上述’由於本實施例於加熱室2基於良好的隔熱與 保溫，及最有效的加熱方式之礎石上，藉由打開或閉合上、 下閥門211，231 ’可以驅出矽漿内的揮發物，又可控制冷場 13 1363109 氣流，進而使熔融後的矽漿長晶過程，自底部開始固化結 晶，並均勻地依序往上成長，才能使固化膨脹的壓力向尚 未結晶的上方釋放，如&，發晶碗才不會有應力存在或龜 裂。故其能改善習知的冷場氣流分佈不均，使矽漿四周及 5上部先灯固化，而在長晶完成後於晶碇内部產生應力或發 生角落破裂的問題。又，本發明能透過對流式循環散熱流 場，能合宜地控制冷場氣流，而得以最少的熱能與時間即 可以使矽漿完成長晶，使矽晶碇品質優良，並能以自然循 φ® 環方式，藉由爐體的散熱，使晶碇快速降溫，故可節省等 10 待換料時間，提高產能。 本實施例自石夕材料的加熱、炫融、驅除揮發物、曰 / 曰θ 成長、至晶碇冷卻，總合耗用能源與時間，較之習知改善 至多。 上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已’本發明所 • 15主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限 於上述實施例。 m 【圖式簡單說明】 圖1係為習知之長晶爐示意圖。 20圖2係本發明長晶爐一較佳實施例之剖視圖。 圖3係本發明長晶爐較佳實施例之開啟下閥門之剖視圖。 圖4係本發明長晶爐較佳實施例之開啟上、及下閥門之剖視 圖0 1363109 圖5係本發明長晶爐較佳實施例之開啟上、下閥門、及爐底 蓋之剖視圖。 【主要元件符號說明】 爐體1 爐内空間10 爐上腔11 爐底蓋12 加熱室2,91 室内空間201 室外空間202 上隔板21 上開口 210 上閥門2 11 上驅動器212 側隔板22 内層隔熱材221 外層保溫材222 下隔板23 中央開口 230 下閥門231 下驅動器232 穿孔233 加熱器3,912 底加熱器3 1 頂加熱器32 上加熱器321 下加熱器322 石墨電極323,324 進氣管4 氣體出口 41 支撐桌體5,914 桌板51 支撐柱52 負載框體6 底板61 側板62 坩堝7,913 隔熱層92 天板910 罩籠911

•5 15

Claims (1)

1. 丄冲3109 5

   15

   20 十、申請專利範圍： 1 · 一種具有對流式散熱構造之長晶爐，包括： —爐體，包括有一爐上腔 '及一爐底蓋，該爐底蓋是 蓋合於該爐上腔下方、並共同圍繞形成一爐内空間； —加熱室，容設於該爐體之該爐内空間内，該加熱室 包括有一上隔板、複數個側隔板、及一下隔板，並共同圍 堯形成至内空間，該複數個側隔板與該爐體内壁之間間 隔有一室外空間；以及 至少一加熱器，容設於該加熱室之該室内空間内； 其特徵在於： 該加熱至之該上隔板開設有—上開口，該下隔板開設 有一中央開口；以及 该加熱室更包括有一上閥門、一下閥門、一上驅動器、 及下驅動器，其中，該上驅動器是驅動該上閥門選擇式 地打開或對應閉合於邊上隔板之該上開口，該下驅動器是 驅動s亥下閥門選擇式地打開或對應閉合於該下隔板之該中 央開口》 、#2.如申請專利範圍第1項所述之長晶爐，其更包括有一 進狀管，該進氣管包括有一氣體出口，該進氣管是穿過深 入«體内’該氣體出π是設置於該加熱室内、並位於該 加熱室下方鄰近該中央開口處。 3.如申請專利範圍第旧所述之長晶爐，其中，該上驅 動器包括有一導螺桿及一馬達。 16 1363109 4. 如申請專利範圍第1項所述之長晶爐，其中，該下驅 動器包括有一導螺桿及一馬達。 5. 如申請專利範圍第1項所述之長晶爐，其中，該加熱 至之該複數個側隔板彼此並排圍繞固定於該上隔板下方、 並共同形成一上罩結構》 6. 如申請專利範圍第丨項所述之長晶爐，其中，該加熱 室是雙層結構包括有一内層隔熱材、及一外層保溫材。

   10 15 20 7. 如申請專利範圍第1項所述之長晶爐，其更包括有一 支禮桌體’ 5¾支撑桌體包括有_桌板、及複數根支樓柱， 該桌板是容設於該加熱室之該室内空間内，該桌板並透過 該複數根支撐柱以固設於該爐底蓋内； 其中，该至少-加熱器包括有一底加熱器，該底加熱 器是與該支撐桌體之該桌板組設一起。 8. 如。申請專利範圍第1項所述之長晶爐，其中，該至少 -加熱器包括有一頂加熱器，該頂加熱器懸吊固設於該爐 上腔内。 。9.如申請專利範圍第8項所述之長晶爐，其中，該頂加 ’’’、器包括有-上加熱、及一下加熱器該下加熱器其外 週是大於該上加熱器。 如申明專利範圍第9項所述之長晶爐，纟中，該頂 加熱态之該上加熱器更包括有二石墨電極，分別電連接至 該上加熱器。 17 1363109 11.如申請專利範圍第9項所述之長晶爐，其中，該頂 加熱器之該下加熱器更包括有二石墨電極，分別電連接至 該下加熱器。 ··