專利名稱：：具有對流式散熱構(gòu)造的長晶爐的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種多晶硅長晶爐，尤指一種適用于具有對流式散熱構(gòu)造的長晶爐。
背景技術：
：請參閱圖1，其為現(xiàn)有的長晶爐示意圖。如圖所示，長晶爐爐內(nèi)容設有一加熱室91，加熱室91包括有罩籠911、加熱器912、坩堝913、及支撐桌體914。如圖1所示，當硅漿于加熱器912中加熱至熔融狀態(tài)后，于其長晶時程加熱室91的罩籠911往上開啟，冷場由罩籠911下方四周進入加熱室91。由于支撐桌體913非常厚重，雖有冷場進入冷卻，但支撐桌體913的相對熱容量大，而連同使盛載硅槳的坩堝913底部也不易降溫。因此，硅漿于坩堝913底部未達到理想的長晶溫度，冷場已使硅漿的上部及側(cè)部，尤其角落已先行冷卻固化。當硅漿從液相轉(zhuǎn)換成固相時，其體積約膨脹9.5%，現(xiàn)有的硅漿長晶過程會先自上邊、及側(cè)邊向中央成長，亦即硅楽的上邊及四周先行固化，于稍后才固化的中央部其所產(chǎn)生的膨脹壓力無法向上釋出，因此產(chǎn)生內(nèi)應力。此內(nèi)應力有時導致晶碇的四周碎裂，尤其在四角落更為明顯，有時雖無明顯的裂痕，但到了后工程的切塊與切片時，晶塊或芯片會碎裂。因此，其于晶碇的生產(chǎn)質(zhì)量不佳。再者，于長晶過程中罩籠911拉起，其內(nèi)壁四周與天板910摩擦，石墨屑會剝落而污染硅晶碇。退火時程罩籠911又放下關閉加熱室91，冷卻時程再度拉起，如此往復上下，不但剝落碳屑會滲入硅漿內(nèi)，造成含碳量升高，降低質(zhì)量。又使加熱室91內(nèi)壁與天板910間因長時磨耗，導致間隙漸漸增大，熱量逸失的情況會日益增加。此外，為了縮短冷卻的時程，加熱室91的六面隔板僅以石墨所制成的隔熱層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下方四周后，為使硅漿能均勻長晶，先要使坩堝913底部降溫，同時又要加大電功率去維持加熱室91上方于高溫，使得長晶過程既費時又耗電。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是提供一種具有對流式散熱構(gòu)造的長晶爐，其包括一爐體、一加熱室、及至少一加熱器。其中，爐體包括有一爐上腔、及一爐底蓋。爐底蓋是蓋合于爐上腔下方、并共同圍繞形成一爐內(nèi)空間。加熱室容設于爐體的爐內(nèi)空間內(nèi)，加熱室包括有一上隔板、多個側(cè)隔板、及一下隔板，并共同圍繞形成一室內(nèi)空間。多個側(cè)隔板與爐體內(nèi)壁的間間隔有一室外空間。至少一加熱器容設于爐體的加熱室的室內(nèi)空間內(nèi)。而且，加熱室的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、一下閥門、一上驅(qū)動器、及一下驅(qū)動器。其中，上驅(qū)動器是驅(qū)動上閥門選擇式地打開或?qū)]合于上隔板的上開口，下驅(qū)動器是驅(qū)動下閥門選擇式地打開或?qū)]合于下隔板的中央開□。因此，硅槳冷凝時，可使冷氣流經(jīng)由中央開口流入加熱室下層，繼由5上驅(qū)動器驅(qū)動上閥門打開上開口，使熱氣流經(jīng)由上開口流出、并沿著冷卻的爐壁順流而下，氣流被爐壁降溫后再由中央開口流回加熱室內(nèi)。因此形成一自動對流式循環(huán)散熱流場，可快速散熱節(jié)省時間、提高生產(chǎn)效率。并且在硅漿長晶冷卻過程中，能自底部開始固化結(jié)晶循序往上，使硅晶碇無內(nèi)應力及碎裂存在，故硅晶碇質(zhì)量優(yōu)良。此外，于長晶爐中還可包括有一進氣管，進氣管包括有一氣體出口，進氣管是穿過深入爐體內(nèi)、并使氣體出口設置于加熱室內(nèi)、并位于下方鄰近中央開口處，并導入氬氣以確保加熱室內(nèi)氣體潔凈，以提升硅晶塊的質(zhì)其中，上驅(qū)動器可包括有一導螺桿或油壓缸或是氣壓缸、及一驅(qū)動馬達…等皆可。且下驅(qū)動器可包括有一導螺桿或油壓缸或是氣壓缸、及一驅(qū)動馬達…等皆可。并且，加熱室的多個側(cè)隔板彼此并排圍繞固定于上隔板下方、并共同形成一上罩結(jié)構(gòu)。其中，上罩結(jié)構(gòu)可固設于爐上腔內(nèi)，下隔板可固設于爐底蓋內(nèi)，因此當下隔板隨著爐底蓋上升以蓋合于爐上腔下方時，上罩結(jié)構(gòu)便能易于對應罩蓋在下隔板上方。并且，加熱室是雙層結(jié)構(gòu)包括有一內(nèi)層隔熱材，例如采用內(nèi)層石墨隔熱材、及一外層保溫材例如采用外層氧化鋁纖維保溫材。如此，加熱室可透過內(nèi)層石墨隔熱材的絕熱、再由及外層保溫材的保溫，使加熱室于熔融硅材料時更加節(jié)省能源。如上述的長晶爐還可包括有一支撐桌體，此支撐桌體包括有一桌板、及多根支撐柱。桌板是容設于加熱室的室內(nèi)空間內(nèi)，桌板并透過多根支撐柱以固設于爐底蓋內(nèi)。至少一加熱器包括有一底加熱器與支撐桌體的桌板組設一起。再者，至少一加熱器可包括有一頂加熱器懸吊固設于爐上腔內(nèi)、并對應位于桌板上方。頂加熱器包括有至少二層的加熱結(jié)構(gòu)，例如，一上加熱6器、及一下加熱器，兩者皆為方形框體。下加熱器呈中空框狀且其外周是大于上加熱器，二者共同形成一金字塔形狀。而且，頂加熱器的上加熱器還可包括有二石墨電極，分別電連接至上加熱器以提供電力令上加熱器發(fā)熱用。其中，頂加熱器的下加熱器還可包括有二石墨電極，分別電連接至下加熱器以提供電力令下加熱器發(fā)熱用。上隔板貫設有多個貫孔，共多根石墨電極可穿過多個貫孔后固定于爐上腔內(nèi)。圖l為現(xiàn)有的長晶爐示意圖;圖2是本發(fā)明長晶爐一較佳實施例的剖視圖3是本發(fā)明長晶爐較佳實施例的開啟下閥門的剖視圖4是本發(fā)明長晶爐較佳實施例的開啟上、及下闊門的剖視圖5是本發(fā)明長晶爐較佳實施例的開啟上、下閥門、及爐底蓋的剖視圖。主要組件符號說明爐體1爐內(nèi)空間10爐上腔ll爐底蓋12加熱室2，91室內(nèi)空間201室外空間202上隔板21上開口210上閥門211上驅(qū)動器212側(cè)隔板22內(nèi)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(qū)動器232穿孔233加熱器3，912底加熱器31頂加熱器32上加熱器321下加熱器3227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(cè)板62坩堝7,913天板910罩籠911隔熱層92具體實施例方式請參閱圖2，其是本發(fā)明長晶爐一較佳實施例的剖視圖。如圖所示，本實施例為一種具有對流式散熱構(gòu)造的長晶爐，包括一爐體1(furnacebody)、一加熱室2(heatingroom)、及至少一加熱器3(heater)。本實施例的爐體l包括有一爐上腔ll、及一爐底蓋12，爐底蓋12是由下往上蓋合于爐上腔11下方、并共同圍繞形成一爐內(nèi)空間10。加熱室2容設于爐體1的爐內(nèi)空間10內(nèi)，加熱室2包括有一上隔板21、四個側(cè)隔板22、及一下隔板23，并共同圍繞形成一室內(nèi)空間201，上述的六個隔板與爐體15內(nèi)壁的間間隔有一室外空間202。而且，加熱室2的四個側(cè)隔板22彼此并排圍繞固定于上隔板21下方、并共同形成一上罩結(jié)構(gòu)。其中，上罩結(jié)構(gòu)是固設于爐上腔11內(nèi)，下隔板23是固設于爐底蓋12內(nèi)。因此當下隔板23隨著爐底蓋12上升以蓋合于爐上腔11下方時，上罩結(jié)構(gòu)便能易于對應罩蓋在下隔板23上方。此外，本實施例的加熱室2是釆用雙層結(jié)構(gòu)，其包括有一內(nèi)層隔熱材221，例如采用內(nèi)層石墨隔熱材，及一外層保溫材222，例如采用外層氧化鋁纖維保溫材。如此，加熱室2可透過內(nèi)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于加熱熔融硅晶原料時以及長晶過程中更加節(jié)4能源。如圖2所示，加熱器3容設于加熱室2的室內(nèi)空間201內(nèi)，加熱器3包括有一頂加熱器32(topheater)懸吊固設于爐上腔11內(nèi)、并對應位于桌板51上方。頂加熱器32包括有二層的加熱結(jié)構(gòu)，例如，一上加熱器321、及一下加熱器322，兩者皆為方形中空框體，且下加熱器322其外周是大于上加熱器321，二者共同形成一金字塔形狀，以對應圖2所示堆棧而成的硅原料形狀。承接上述，頂加熱器32的上加熱器321使以二石墨電極323分別電連接至上加熱器321，以提供電力令上加熱器321發(fā)熱用。頂加熱器32的下加熱器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(fā)熱用。上隔板21貫設有八貫孔，上述共四根石墨電極323，324穿過其中四貫孔后固定于爐上腔11內(nèi)，另有不通電的四石墨棒連接頂加熱器32穿過其余四貫孔，并固定于爐上腔ll內(nèi)。請參閱圖2，本實施例加熱室2的上隔板21開設有一上開口210(叩peropening),下隔板23開設有一中央開口230(centralopening)。尤其是，加熱室2還包括有一上閥門211(upperdoor)、一下閥門231(lowerdoor)、一上驅(qū)動器212、及一下驅(qū)動器232。其中，本實施例的上驅(qū)動器212是采用一螺桿與一驅(qū)動馬達，用以驅(qū)動上閥門211選擇式地打開或?qū)]合于上隔板21的上開口210;本實施例的下驅(qū)動器232也是采用另一螺桿與另一驅(qū)動馬達，用以驅(qū)動下閥門231選擇式地打開或?qū)]合于下隔板23的中央開口230。圖2顯示有一支撐桌體5(s叩portingtable)，支撐桌體5包括有一桌板51、及多根支撐柱52，桌板51容設于加熱室2的室內(nèi)空間201內(nèi)，桌板51并透過多根支撐柱52以固設于爐底蓋12內(nèi)。其中，本實施例的加熱器3又包括有一底加熱器31(bottomheater)其是與支撐桌體5的桌板51組設一起。另有一負載框體6(1oadingframe),被承置于支撐桌體5的桌板51上方，負載框體6包括有一底板61、及四個側(cè)板62，四個側(cè)板62是環(huán)繞并立設于底板61上方、并共同圍繞形成一內(nèi)凹空間，用以容裝一坩堝7于其內(nèi)。加熱室2的下隔板23貫設有多個穿孔233，多根支撐柱52可分別穿過多個穿孔233后固定于爐底蓋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柱，除可用以支撐頂?shù)钟诘准訜崞?1下方，又可彼此形成電性連接以提供電力給底加熱器31發(fā)熱用。當開始加熱時，加熱室各閥門全部關閉并通過頂、底加熱器32，31—起對坩堝7由上下方同時加熱，可以加速坩堝7內(nèi)硅原料的熔融效率；同時，本實施例的上加熱器321與下加熱器322更依照硅原料堆棧而成的金字塔形狀設計排列，故可使其上加熱器321與下加熱器322更加靠近硅原料，更有利于硅原料初期的熱能吸收，一旦金字塔形外層的硅原料熔融后，變成液態(tài)熔融硅漿直接流入內(nèi)層硅原料的顆粒間，又可加速內(nèi)部硅原料吸收熱能，如此產(chǎn)生良性循環(huán)以快速熔融加熱整鍋坩堝7內(nèi)的硅原料，故可節(jié)省能源與時間。如圖2所示，于本例中還設有一通入氬氣用的進氣管4，進氣管4包括有一氣體出口41，進氣管4是穿過深入爐體1內(nèi)、并使氣體出口41設置于加熱室2內(nèi)、并位于加熱室2下方鄰近中央開口230處。便于長晶爐加熱過程中，將外部氬氣導入經(jīng)過進氣管4進到爐內(nèi)作為保護氣體用，使得硅材料在加熱熔融脫氧過程中一些不純物揮發(fā)后，能通過加熱室2下方通入的氬氣循著室內(nèi)熱氣流的推升向上。脫氧過程，上閥門211略為開啟，便使揮發(fā)物可被帶走并逸出至加熱室2的外，再以排氣管引出長晶爐外，更可確保加熱室2內(nèi)氣體潔凈，確保硅晶塊質(zhì)量的提升。當開始冷卻長晶時，請參閱圖3，其是本實施例長晶爐開啟下閥門的剖視圖。當坩堝7內(nèi)的硅漿進入長晶階段時，上閥門211回復緊閉，并切斷底加熱器31的電源，稍降低溫度并徐徐打開加熱室2其下閥門231，使冷氣流由此進入，均勻分布到坩堝7底部，加上進氣管4的氣體出口41由此鄰近下閥門231處通入氬氣，使得硅漿順利由底部先降溫固化結(jié)晶，逐漸往上冷卻，硅晶由下往上延伸成長，此時，頂加熱器32也配合逐漸減少電能供應而逐漸降溫。因此，于固化結(jié)晶過程，硅晶膨脹所產(chǎn)生的壓力向上排擠，因硅漿上方尚在軟化狀態(tài)，壓力得以釋放，直至最后固化，完成全部長晶。故而可改善現(xiàn)有坩堝四周的硅漿先固化后，為后固化的中央部份的硅晶膨脹所擠壓，導致應力嚴重集中現(xiàn)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硅晶碇維持一定的軟化程度，而使硅晶碇于長晶時完全無內(nèi)應力及碎裂存在，故而硅晶碇質(zhì)量優(yōu)良，并能節(jié)省能源。如圖3所示，由于中央開口230與下閥門231間的分件線很短且位置最低，并遠離坩堝7鍋口而位于桌板51下方，因此當長晶過程，下閥門231徐徐向下開啟使得下閥門231離開下隔板23時，二者間接觸面的摩擦所掉落的石墨屑很有限，且將不會飄落到坩堝7內(nèi)，故不會污染坩堝7內(nèi)的硅晶碇，可確保硅晶碇的質(zhì)量。請參閱圖4，其是本實施例長晶爐開啟上、及下閥門的剖視圖。當坩堝7內(nèi)的硅漿長晶完成后即進入冷卻階段，此時，頂加熱器32的電源己完全關閉，再開啟加熱室2的上閥門211。加熱室2內(nèi)的熱氣流往上浮升并自上開口210排出，爐體因有水或噴霧的冷卻而降溫，因此熱氣流沿著冷卻的爐上腔11與爐底蓋12的爐壁順流而下，其間，熱量由爐壁吸熱而降溫，再由中央開口回流至加熱室2內(nèi)，周而復始，因此形成一對流式循環(huán)散熱流場，藉以自然循環(huán)即可快速散熱冷卻硅晶碇，節(jié)省時間。圖5是本實施例長晶爐開啟上、下閥門、及爐底蓋的剖視圖。一旦爐內(nèi)冷卻至較低的安全溫度后，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堝7內(nèi)已長晶完成的硅晶碇，再加上述的前階段冷卻，因此，可使本階段冷卻更加迅速，得以快速取下硅晶碇，節(jié)省等待時間，并增加產(chǎn)量。綜合上述，由于本實施例于加熱室2基于良好的隔熱與保溫，及最有效的加熱方式的礎石上，通過打開或閉合上、下閥門211,231，可以驅(qū)出硅漿內(nèi)的揮發(fā)物，又可控制冷場氣流，進而使熔融后的硅漿長晶過程，自底部開始固化結(jié)晶，并均勻地依序往上成長，才能使固化膨脹的壓力向尚未結(jié)晶的上方釋放，如此，硅晶碇才不會有應力存在或龜裂。故其能改善現(xiàn)有的冷場氣流分布不均，使硅漿四周及上部先行固化，而在長晶完成后于晶碇內(nèi)部產(chǎn)生應力或發(fā)生角落破裂的問題。又，本發(fā)明能透過對流式循環(huán)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硅漿完成長晶，使硅晶碇質(zhì)量優(yōu)良，并能以自然循環(huán)方式，通過爐體的散熱，使晶碇快速降溫，故可節(jié)省等待換料時間，提高產(chǎn)能。本實施例自硅材料的加熱、熔融、驅(qū)除揮發(fā)物、硅晶成長、至晶碇冷卻，總合耗用能源與時間，較的現(xiàn)有改善至多。上述實施例僅為了方便說明而舉例而已，本發(fā)明所主張的權利范圍自應以申請專利范圍所述為準，而非僅限于上述實施例。1權利要求1、一種具有對流式散熱構(gòu)造的長晶爐，包括一爐體，包括有一爐上腔、及一爐底蓋，該爐底蓋蓋合于該爐上腔下方、并共同圍繞形成一爐內(nèi)空間；一加熱室，容設于該爐體的該爐內(nèi)空間內(nèi)，該加熱室包括有一上隔板、多個側(cè)隔板、及一下隔板，并共同圍繞形成一室內(nèi)空間，該多個側(cè)隔板與該爐體內(nèi)壁的間間隔有一室外空間；以及至少一加熱器，容設于該加熱室的該室內(nèi)空間內(nèi)；其特征在于該加熱室的該上隔板開設有一上開口，該下隔板開設有一中央開口；以及該加熱室還包括有一上閥門、一下閥門、一上驅(qū)動器、及一下驅(qū)動器，其中，該上驅(qū)動器是驅(qū)動該上閥門選擇式地打開或?qū)]合于該上隔板的該上開口，該下驅(qū)動器是驅(qū)動該下閥門選擇式地打開或?qū)]合于該下隔板的該中央開口。2、如權利要求1所述的長晶爐，其特征在于，還包括有一進氣管，該進氣管包括有一氣體出口，該進氣管穿過深入該爐體內(nèi)，該氣體出口設置于該加熱室內(nèi)、并位于該加熱室下方鄰近該中央開口處。3、如權利要求1所述的長晶爐，其特征在于，該上驅(qū)動器包括有一導螺桿及一馬達。4、如權利要求1所述的長晶爐，其特征在于，該下驅(qū)動器包括有一導螺桿及一馬達。5、如權利要求1所述的長晶爐，其特征在于，該加熱室的該多個側(cè)隔板彼此并排圍繞固定于該上隔板下方、并共同形成一上罩結(jié)構(gòu)。6、如權利要求1所述的長晶爐，其特征在于，該加熱室是雙層結(jié)構(gòu)包括有一內(nèi)層隔熱材、及一外層保溫材。7、如權利要求l所述的長晶爐，其特征在于，還包括有一支撐桌體，該支撐桌體包括有一桌板、及多根支撐柱，該桌板容設于該加熱室的該室內(nèi)空間內(nèi)，該桌板并透過該多根支撐柱以固設于該爐底蓋內(nèi)；其中，該至少一加熱器包括有一底加熱器，該底加熱器是與該支撐桌體的該桌板組設一起。8、如權利要求1所述的長晶爐，其特征在于，該至少一加熱器包括有一頂加熱器，該頂加熱器懸吊固設于該爐上腔內(nèi)。9、如權利要求8所述的長晶爐，其特征在于，該頂加熱器包括有一上加熱器、及一下加熱器，該下加熱器其外周大于該上加熱器。10、如權利要求9所述的長晶爐，其特征在于，該頂加熱器的該上加熱器包括有二石墨電極，分別電連接至該上加熱器。11、如權利要求9所述的長晶爐，其特征在于，該頂加熱器的該下加熱器還包括有二石墨電極，分別電連接至該下加熱器。全文摘要本發(fā)明一種具有對流式散熱構(gòu)造的長晶爐，其長晶爐的爐內(nèi)空間容設有加熱室，加熱室有上隔板、多個側(cè)隔板、及下隔板。上隔板開設有上開口，下隔板開設有中央開口。硅漿冷凝時，透過下驅(qū)動器以驅(qū)動下閥門打開中央開口，使冷氣流經(jīng)由中央開口流入加熱室下層，繼由上驅(qū)動器驅(qū)動上閥門打開上開口，使熱氣流經(jīng)由上開口流出、并沿著冷卻的爐壁順流而下，由中央開口流回加熱室內(nèi)。其自動對流式循環(huán)散熱流場，可快速散熱節(jié)省時間、提高生產(chǎn)效率。于冷卻過程中，自底部開始固化結(jié)晶循序往上，使硅晶碇無內(nèi)應力及碎裂存在，硅晶碇質(zhì)量優(yōu)良。文檔編號C30B35/00GK101481825SQ20081000229公開日2009年7月15日申請日期2008年1月8日優(yōu)先權日2008年1月8日發(fā)明者呂秀正申請人:綠能科技股份有限公司