电子级多晶硅热破碎加热装置和加热方法及破碎装置与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，具体而言，本发明涉及电子级多晶硅热破碎加热装置和加热方法及破碎装置。


背景技术：

2.多晶硅是用于电子行业的基础材料，也是硅晶圆生产的主要原材料。我国的电子级多晶硅生产处于起步阶段，除核心生产装置引进外，其他生产装置各企业也有所不同。后处理工段是电子级多晶硅生产的最后一道加工工序，其主要生产任务是将还原氢化工段生产的多晶硅棒进行破碎加工处理，生成最终产品，故称后处理。因为电子级多晶硅纯度要求极高，后处理加工过程中很容易污染，电子级多晶硅后处理工序目前没有成熟的设计方案参考借鉴，各生产厂都是在不断摸索、补充、改进后逐步完善的。因此，国内外厂家近年来都在进行硅料破碎的改进，现有技术中有提出将多晶硅加热，迅速降温，然后破碎的技术方案，但是现有技术在加热过程中会产生污染，有待进一步改进。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种电子级多晶硅热破碎加热装置和加热方法及破碎装置。多晶硅棒通过传送单元自动完成进出加热仓，多晶硅棒在完成加热的过程中，除了传送单元，没有接触过别的物质，单一接触源，避免了外来污染源的问题，同时保证了加热效率。
4.在本发明的第一个方面，本发明提出了一种电子级多晶硅热破碎加热装置。根据本发明的实施例，所述电子级多晶硅热破碎加热装置包括：
5.传送单元；
6.加热仓，所述加热仓的相对两个侧面上设有仓口，所述传送单元通过所述仓口可移动地贯穿所述加热仓，所述仓口处设有仓门，所述仓门关闭时所述加热仓形成封闭空间，所述加热仓的内壁上设有加热器和温度探测器，且所述加热仓壁上还设有抽真空口和保护气体入口。
7.根据本发明上述实施例的电子级多晶硅热破碎加热装置，通过传送单元将待加热的多晶硅棒传送至加热仓中，关闭仓门，使加热仓形成封闭空间，通过抽真空口将加热仓体内的空气排空，完成后充入保护气体，用以阻隔氧气，避免电子级多晶硅棒在加热过程中因高温而被氧化；启动加热器，加热仓内的多晶硅棒，同时通过温度探测器监控加热仓内的温度；加热完成后，打开仓门，通过传送单元将加热完成的多晶硅棒传送出加热仓。由此，多晶硅棒通过传送单元自动完成进出加热仓，多晶硅棒在完成加热的过程中，除了传送单元，没有接触过别的物质，单一接触源，避免了外来污染源的问题，同时保证了加热效率。
8.另外，根据本发明上述实施例的电子级多晶硅热破碎加热装置还可以具有如下附加的技术特征：
9.在本发明的一些实施例中，所述传送单元包括齿轮和传送带，所述传送带设在所
述齿轮上，所述加热仓的底壁的上表面设有与所述齿轮相对应的齿痕。
10.在本发明的一些实施例中，所述传送带包括多个传送片，单个所述传送片沿所述传送单元长度方向的长度为8-12cm，相邻所述传送片之间的距离为1.5-2.5cm。
11.在本发明的一些实施例中，所述传送带的材质为石英，所述石英中sio2的质量含量不低于99.99％，所述齿轮的材质为304不锈钢。
12.在本发明的一些实施例中，所述仓门通过密封层与所述仓口密封。
13.在本发明的一些实施例中，所述密封层为特氟龙材质。
14.在本发明的一些实施例中，所述加热仓壁包括两层，外层的材质为304不锈钢，内层的材质为石英，所述石英中sio2的质量含量不低于99.99％。
15.在本发明的一些实施例中，所述外层和所述内层之间设有冷冻水盘管。
16.在本发明的一些实施例中，所述加热仓的侧壁上还设有气缸，所述气缸通过连接杆与所述仓门连接。
17.在本发明的一些实施例中，所述保护气体入口处设有纳米过滤器。
18.在本发明的一些实施例中，进入所述加热仓的所述保护气体的纯度为不小于99.999％。
19.在本发明的一些实施例中，待加热的多晶硅棒的长度为300-400mm，直径为150-250mm。
20.在本发明的第二个方面，本发明提出了一种采用以上实施例所述的电子级多晶硅热破碎加热装置对多晶硅棒料进行加热的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：
21.(1)打开仓门，采用传送单元将待加热的多晶硅棒料传送至加热仓中，关闭所述仓门，使所述加热仓形成封闭空间；
22.(2)通过抽真空口将所述加热仓内的空气排空，充入保护气体；
23.(3)启动加热器，将多晶硅棒料加热至500-1000℃；
24.(4)打开所述仓门，通过所述传送单元将加热完成的所述多晶硅棒传送出所述加热仓。
25.根据本发明上述实施例的加热方法，通过传送单元将待加热的多晶硅棒传送至加热仓中，关闭仓门，使加热仓形成封闭空间，通过抽真空口将加热仓体内的空气排空，完成后充入保护气体，用以阻隔氧气，避免电子级多晶硅棒在加热过程中因高温而被氧化；启动加热器，加热仓内的多晶硅棒，同时通过温度探测器监控加热仓内的温度；加热完成后，打开仓门，通过传送单元将加热完成的多晶硅棒传送出加热仓。由此，多晶硅棒通过传送单元自动完成进出加热仓，多晶硅棒在完成加热的过程中，除了传送单元，没有接触过别的物质，单一接触源，避免了外来污染源的问题，同时保证了加热效率。
26.另外，根据本发明上述实施例的方法还可以具有如下附加的技术特征：
27.在本发明的一些实施例中，步骤(3)包括如下步骤：启动加热器，将所述多晶硅棒料以15-20℃/min的加热速度加热至350-450℃；将所述多晶硅棒料以25-35℃/min的加热速度加热至500-1000℃。
28.在本发明的第三个方面，本发明提出了一种电子级多晶硅热破碎装置。根据本发明的实施例，所述电子级多晶硅热破碎装置具有以上实施例所述的电子级多晶硅热破碎加热装置。由此，多晶硅棒在所述电子级多晶硅热破碎装置中完成加热的过程中，除了传送单
元，没有接触过别的物质，单一接触源，避免了外来污染源的问题，同时保证了加热效率。
29.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
30.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
31.图1是根据本发明一个实施例的电子级多晶硅热破碎加热装置的剖视图；
32.图2是根据本发明再一个实施例的电子级多晶硅热破碎加热装置的主视图。
33.标注：10-传送单元，20-加热仓，11-传送带，12-齿轮，21-仓门，22-密封层，23-连接杆，24-加热器，25-温度探测器，26-抽真空口，27-保护气体入口，28-纳米过滤器，29-仓口，30-支架。
具体实施方式
34.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
35.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
36.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
37.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
38.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
39.本发明提出了一种电子级多晶硅热破碎加热装置，参考附图1和2，所述装置包括：传送单元10；加热仓20，所述加热仓20的相对两个侧面上设有仓口29，所述传送单元10通过所述仓口29可移动地贯穿所述加热仓20，所述仓口29处设有仓门21，所述仓门21关闭时所
述加热仓20形成封闭空间，所述加热仓20的内壁上设有加热器24和温度探测器25，且所述加热仓壁上还设有抽真空口26和保护气体入口27。由此，通过传送单元10将待加热的多晶硅棒传送至加热仓20中，关闭仓门21，使加热仓20形成封闭空间，通过抽真空口26将加热仓20内的空气排空，完成后充入保护气体，用以阻隔氧气，避免电子级多晶硅棒在加热过程中因高温而被氧化；启动加热器24，加热仓20内的多晶硅棒，同时通过温度探测器25监控加热仓20内的温度；加热完成后，打开仓门21，通过传送单元10将加热完成的多晶硅棒传送出加热仓20。由此，多晶硅棒通过传送单元10自动完成进出加热仓20，多晶硅棒在完成加热的过程中，除了传送单元10，没有接触过别的物质，单一接触源，避免了外来污染源的问题，同时保证了加热效率。
40.下面进一步对根据本发明实施例的电子级多晶硅热破碎加热装置进行详细描述。
41.根据本发明的一些具体实施例，参考附图1，所述传送单元10包括齿轮12和传送带11，所述传送带11设在所述齿轮12上，所述加热仓20的底壁的上表面设有与所述齿轮12相对应的齿痕。可以理解的是，所述加热仓20的底壁的上表面的齿痕与所述传送单元10的齿轮12相互齿合，所述齿轮12在电机(在图中未示出)的作用下，通过与上述齿痕相互作用向前移动，从而带动传送带11向前移动。且，所述传送单元10以所述加热仓20的底壁为中心作旋转运动。
42.根据本发明的再一些具体实施例，所述传送带11包括多个传送片，单个所述传送片沿所述传送单元10长度方向的长度为8-12cm，相邻所述传送片之间的距离为1.5-2.5cm，由此，将传送带11分为多个单元，相邻单元之间有一定的间距，进一步有利于所述传送带11在所述齿轮12的带动下以所述加热仓20的底壁为中心作旋转运动。可以理解的是，所述传送带11的材质一般为较硬的材质，例如石英，如果不将所述传送带11分为多个传送片，则所述传送带11无法弯曲，从而无法完成以所述加热仓20的底壁为中心作旋转运动。
43.在本发明的实施例中，所述传送带11的材质并不受特别限制，本领域人员可根据实际需要随意选择，只要该材质形成的传送带11在高温下不易对放置在其上的多晶硅棒造成污染即可，作为一个具体示例，所述传送带11的材质为石英，所述石英中sio2的质量含量不低于99.99％，由此，上述石英材质的传送带11在高温下不易对放置在其上的多晶硅棒造成污染，由此避免了外来污染源的问题。
44.在本发明的实施例中，所述齿轮12的材质并不受特别限制，本领域人员可根据实际需要随意选择，只要该材质形成的齿轮12耐高温即可，作为一个具体示例，所述齿轮12的材质为304不锈钢。
45.根据本发明的又一些具体实施例，参考附图2，所述装置还包括支架30，所述支架30设在所述加热仓20的底部，且连接在所述加热仓20的侧壁上，用以将所述加热仓20支撑起来，使所述加热仓20底壁的下表面悬空，以使所述传送单元10能够实现以所述加热仓20的底壁为中心作旋转运动。
46.根据本发明的又一些具体实施例，所述仓门21通过密封层22与所述仓口29密封，由此进一步增强了加热仓20的密封性，避免高温环境下硅料被氧化。进一步地，所述密封层22为特氟龙材质，由此，该材质形成的密封层22不但密封性较好，而且具有耐高温的特性。
47.根据本发明的又一些具体实施例，所述加热仓壁包括两层，外层的材质为304不锈钢，内层的材质为石英，所述石英中sio2的质量含量不低于99.99％，由此，304不锈钢材质
具有耐高温的特性，石英材质的内层在高温下不易对多晶硅棒造成污染，因此避免了外来污染源的问题。
48.根据本发明的又一些具体实施例，所述外层和所述内层之间设有冷冻水盘管(在图中未示出)，由此，用于加热仓20本体降温，即使加热仓20升温过快，加热仓20本体也可以得到很好的保护。
49.在本发明的实施例中，所述电子级多晶硅热破碎加热装置还包括pcl控制单元(在图中未示出)，所述pcl控制单元分别与所述加热器24、所述温度探测器25相连，由此，所述温度探测器25将监测到的加热仓20内的温度信息反馈至pcl控制单元，pcl控制单元根据该温度信息控制加热器24实行自动温控。
50.进一步地，所述所述加热器24为碳纤维加热管，碳纤维加热管具有升温迅速、热滞后小、发热均匀、热辐射传递距离远、热交换速度快等优点，且工作过程中光通量远远小于金属发热体的电热管，电热转换效率高达95％以上。更进一步地，碳纤维加热管的外壳的材质为sio2的质量含量不低于99.99％的石英，石英材质的外壳在高温下不易对多晶硅棒造成污染，因此避免了外来污染源的问题。
51.根据本发明的又一些具体实施例，所述加热仓20的侧壁上还设有气缸(在图中未示出)，所述气缸通过连接杆23与所述仓门21连接，由此，所述气缸通过连接杆23带动仓门21打开或者关闭。
52.根据本发明的又一些具体实施例，所述保护气体入口27处设有纳米过滤器28，通过纳米过滤器28过滤保护气体中的杂质，进一步提高保护气体的纯度。进一步地，进入所述加热仓20的所述保护气体的纯度不小于99.999％，由此，进一步避免了外来污染源的问题。
53.在本发明的实施例中，待加热的多晶硅棒的长度为300-400mm，直径为150-250mm。
54.在本发明的实施例中，上述抽真空口26和保护气体入口27通过气动控制阀进行控制。
55.在本发明的实施例中，在所述加热仓20的内壁上设有多个加热器24，多个加热器24间隔设置，以便使所述加热仓20内均匀升温。
56.在本发明的第二个方面，本发明提出了一种采用以上实施例所述的电子级多晶硅热破碎加热装置对多晶硅棒料进行加热的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：
57.(1)打开仓门21，采用传送单元10将待加热的多晶硅棒料传送至加热仓20中，关闭所述仓门21，使所述加热仓20形成封闭空间；
58.在该步骤中，启动气缸，所述气缸通过连接杆带动仓门21打开，采用传送单元10将待加热的多晶硅棒料传送至加热仓20中，通过气缸带动连接杆关闭所述仓门21，使所述加热仓20形成封闭空间。
59.(2)通过抽真空口26将所述加热仓20内的空气排空，充入保护气体；
60.在该步骤中，通过抽真空口26将所述加热仓20内的空气排空，充入保护气体，避免高温环境下硅料被氧化。上述保护气体的具体种类并不受特别限制，作为一个具体示例，保护气体可以为氮气或者惰性气体。
61.(3)启动加热器24，将多晶硅棒料加热至500-1000℃；
62.在该步骤中，启动加热器24，将多晶硅棒料加热至500-1000℃，并采用温度探测器25实时监控加热仓20内的温度，所述温度探测器25将监测到的加热仓20内的温度信息反馈
至pcl控制单元，pcl控制单元根据该温度信息控制加热器24实行自动温控，其中，配套红外成像仪作为输入源，点位25为温度探测器。
63.根据本发明的又一些具体实施例，步骤(3)包括如下步骤：启动加热器24，将所述多晶硅棒料以15-20℃/min的加热速度加热至350-450℃；将所述多晶硅棒料以25-35℃/min的加热速度加热至500-1000℃。由此，先通过较低的加热速度加热至350-450℃，再通过较高的加热速度加热至500-1000℃，预加热的目的主要是保证仓体内的物料受热均匀，避免前期加热过快导致硅料受热不均，从而导致硅料破碎尺寸偏差。优选地，将所述多晶硅棒料以20℃/min的加热速度加热至400℃；将所述多晶硅棒料以30℃/min的加热速度加热至700℃。
64.(4)打开所述仓门21，通过所述传送单元10将加热完成的所述多晶硅棒传送出所述加热仓20。
65.在该步骤中，多晶硅棒加热完成后，再次启动气缸，所述气缸通过连接杆带动仓门21打开，通过所述传送单元10将加热完成的所述多晶硅棒传送出所述加热仓20，然后进行后续步骤。
66.根据本发明上述实施例的加热方法，通过传送单元10将待加热的多晶硅棒传送至加热仓20中，关闭仓门21，使加热仓20形成封闭空间，通过抽真空口26将加热仓20内的空气排空，完成后充入保护气体，用以阻隔氧气，避免电子级多晶硅棒在加热过程中因高温而被氧化；启动加热器24，加热仓20内的多晶硅棒，同时通过温度探测器25监控加热仓20内的温度；加热完成后，打开仓门21，通过传送单元10将加热完成的多晶硅棒传送出加热仓20。由此，多晶硅棒通过传送单元10自动完成进出加热仓20，多晶硅棒在完成加热的过程中，除了传送单元10，没有接触过别的物质，单一接触源，避免了外来污染源的问题，同时保证了加热效率。
67.在本发明的第三个方面，本发明提出了一种电子级多晶硅热破碎装置。根据本发明的实施例，所述电子级多晶硅热破碎装置具有以上实施例所述的电子级多晶硅热破碎加热装置。由此，多晶硅棒在所述电子级多晶硅热破碎装置中完成加热的过程中，除了传送单元10，没有接触过别的物质，单一接触源，避免了外来污染源的问题，同时保证了加热效率。
68.在发明的实施例中，通过本发明的电子级多晶硅热破碎加热装置将待破碎的硅棒加热，然后经过冷却急速降温，从而使多晶硅棒获得一个瞬间的晶间应力使自身瞬间破碎。
69.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
70.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。