集尘罐、单晶生长设备及单晶生长方法
技术领域
本发明涉及晶圆制造领域，特别是涉及一种集尘罐、单晶生长设备及单晶生长方法。
背景技术
单晶硅片是芯片生产制造中最重要的原材料之一，其制造过程通常包括：对含硅材料(石英砂)进行脱氧提纯以得到高纯度的晶体硅，晶体硅经高温成型和经旋转拉伸等方法拉成圆形晶棒，之后经切割和研磨等工艺即得到单晶硅片。提炼高纯度的晶体硅并拉成晶棒的过程称为单晶生长，通常在单晶炉中进行，这个过程决定了单晶硅片的纯度，而芯片制造行业对单晶硅片的纯度要求越来越高，因而减少单晶生长过程中的污染以提高单晶硅纯度是晶圆厂孜孜以求的目标。
单晶生长过程中不可避免地会产生氧化物颗粒，目前常用的做法是将含氧化物颗粒的尾气通过真空泵排放至集尘罐中，集尘罐通常包括罐体以及位于罐体内的过滤芯，氧化物颗粒被过滤芯过滤后沉积在罐体内，过滤后的气体则通过罐体上的排气口被排出。但是这个过程中氧化物颗粒容易附着在过滤芯的表面，影响过滤芯的过滤性能，严重时甚至会导致过滤芯的堵塞。虽然晶圆厂在每次完成拉制晶棒时，会采用人工方式清洁过滤芯，或采用压力差进行气体反吹来达到清洁过滤芯的效果，但是人工清洁过滤芯需要对罐体进行拆解，不仅费时费力，而且可能对人体健康造成威胁；气体反吹虽然比较便捷，但是如果过滤芯表面在进行反吹前已经被堵满，那反吹的效果几乎零，会严重影响后续拉晶时的压力，同时也会损坏真空泵的螺杆。如果过滤芯上的氧化物颗粒不能及时清除，则会影响单晶硅生长过程中的尾气排放，影响单晶硅的品质，甚至在设备发生故障时，氧化物颗粒可能倒灌进单晶炉中，造成严重的生产事故。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种集尘罐、单晶生长设备及单晶生长方法，用于解决现有技术中采用人工方式清洁集尘罐费时费力，而气体反吹效果差，以及因氧化物颗粒不能及时去除引发的单晶硅品质下降等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种集尘罐，所述集尘罐包括：罐体，所述罐体上具有进气口、排气口及除尘口；过滤装置，位于所述罐体内；所述过滤装置包括隔离盘及至少一个过滤芯，所述隔离盘将所述罐体分隔成上部和下部；所述过滤芯一端与所述隔离盘相连接且所述过滤芯的开口暴露于所述隔离盘的表面，另一端向所述罐体的下部延伸；所述进气口位于所述罐体下部的侧壁上，所述排气口位于所述罐体上部的侧壁上；清洁装置，位于所述罐体内；所述清洁装置包括连接杆、固定板及清洁单元；所述连接杆与所述固定板相连接，且所述连接杆贯穿所述隔离盘并向所述罐体的上部延伸；所述固定板位于所述隔离盘的下方；所述清洁单元与所述固定板相连接，且与所述过滤芯的侧壁相接触；驱动装置，与所述清洁装置的连接杆相连接，用于驱动所述清洁装置上下移动以对所述过滤芯的侧壁进行清洁。
可选地，所述清洁单元包括橡胶刮圈，所述清洁单元的数量与所述过滤芯的数量相同；所述清洁单元对应套设于所述过滤芯的外壁。
可选地，所述罐体还具有顶部开口，所述顶部开口处设置有三通阀，所述驱动装置可通过所述顶部开口伸入至所述罐体内与所述清洁装置的连接杆相连接。
可选地，所述隔离盘为隔离法兰，所述过滤芯的数量为多个，多个所述过滤芯均匀分布；所述驱动装置为气缸。
可选地，所述清洁装置还包括套设于所述连接杆上的密封圈，所述密封圈与所述固定板相接触。
可选地，所述集尘罐还包括多个立柱，与所述罐体的底部相连接，用于支撑所述罐体；所述罐体的下部呈漏斗状，所述除尘口位于所述罐体的底部。
可选地，所述集尘罐还包括导向柱和弹簧，位于所述罐体内；所述导向柱的一端与所述隔离盘相连接，另一端向所述罐体的下部延伸；所述弹簧位于所述清洁装置的所述固定板的下方且所述弹簧套设于所述固定杆上。
本发明还提供一种单晶生长设备，所述单晶生长设备包括炉体、排气装置及如前述任一方案中所述的集尘罐；所述集尘罐的进气口与所述炉体的排气口相连接，所述集尘罐的排气口与所述排气装置相连接。
所述排气装置包括真空泵及尾气处理单元，所述真空泵一端与所述集尘罐的排气口相连接，另一端与所述尾气处理单元相连接。
本发明还提供一种单晶生长方法，所述单晶生长方法基于前述任一方案中所述的单晶生长设备进行。
如上所述，本发明的集尘罐、单晶生长设备及单晶生长方法，具有以下有益效果：本发明的集尘罐可以在每次工艺生产结束后，利用其自带的清洁装置对过滤芯表面进行清洁，可有效弥补现有清洁方式的不足，有助于提高过滤芯表面的清洁度、延长真空泵的使用寿命；且整个清洁过程可实现完全的自动化，有利于降低人力成本和保障人员健康；采用本发明的单晶生长设备和单晶生产方法进行单晶生长，有助于稳定单晶生长过程中的内压，有助于提高单晶生长品质和降低生产成本。
附图说明
图1显示为本发明的实施例一中的集尘罐的截面结构示意图。
图2显示为本发明的实施例一中的集尘罐的清洁装置的结构示意图。
图3显示为本发明的实施例一中的集尘罐的隔离盘的俯视结构示意图。
图4显示为本发明的实施例二中的单晶生长设备的结构示意图。
元件标号说明
1集尘罐
11 罐体
111进气口
112排气口
113除尘口
114顶部开口
115三通阀
12 过滤装置
121隔离盘
122过滤芯
13 清洁装置
131连接杆
132固定板
133清洁单元
134密封圈
14 驱动装置
15 立柱
16 导向柱
17 弹簧
18 冷却装置
2炉体
3排气装置
31 真空泵
32 尾气处理单元
4控制装置
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图4。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例一
如图1至图3所示，本发明提供一种集尘罐1，所述集尘罐1包括：罐体11，所述罐体11上具有进气口111、排气口112及除尘口113；过滤装置12，位于所述罐体11内；所述过滤装置12包括隔离盘121及至少一个过滤芯122，所述隔离盘121将所述罐体11分隔成上部和下部；所述过滤芯122一端与所述隔离盘121相连接且所述过滤芯122的开口暴露于所述隔离盘121的表面，另一端向所述罐体11的下部延伸且优选与所述罐体11的底部具有间距；所述进气口111位于所述罐体11下部的侧壁上，所述排气口112位于所述罐体11上部的侧壁上；经所述进气口111进入所述罐体11内的含有氧化物颗粒及其他杂质的废气，经所述过滤芯122过滤后，气体自所述过滤芯122上升至所述罐体11的上部并经所述排气口112排出，而氧化物颗粒及其他杂质则沉淀至所述罐体11的底部，经所述除尘口113排出；清洁装置13，位于所述罐体11内；所述清洁装置13包括连接杆131、固定板132及清洁单元133；所述连接杆131与所述固定板132相连接，且所述连接杆131贯穿所述隔离盘121并向所述罐体11的上部延伸；所述固定板132位于所述隔离盘121的下方；所述清洁单元133与所述固定板132相连接，且与所述过滤芯122的侧壁相接触；驱动装置14，与所述清洁装置13的连接杆131相连接，用于驱动所述清洁装置13上下移动以对所述过滤芯122的侧壁进行清洁。本发明的集尘罐1可以在每次工艺生产结束后，利用其自带的清洁装置13对过滤芯122表面进行清洁，可有效弥补现有清洁方式的不足，有助于提高过滤芯122表面的清洁度、延长真空泵的使用寿命；且整个清洁过程可实现完全的自动化，有利于降低人力成本和保障人员健康。
所述罐体11的主体形状可为圆柱形、矩形或其他任意形状。本实施例中，作为示例，所述罐体11的主体形状呈圆柱形，下部呈漏斗状，所述除尘口113位于所述罐体11的底部，所述除尘口113处设置有阀门(未标示)，以在需要时可以打开所述除尘口113进行除尘操作，这样的结构有助于避免氧化物颗粒及其他杂质的积聚在所述罐体11的角落。所述罐体11的材质优选导热效果优良的金属材质，比如不锈钢、铝合金、汞合金、铜合金、钼合金、锰合金、铌合金及钛合金等，考虑到废气中可能含有多种腐蚀性及有毒有害性气体，同时兼顾经济性和坚固等特性，所述罐体11的材质优选不锈钢，并且内壁最好做进一步的防腐蚀处理。在一示例中，所述罐体11上设置有透明可视窗口(未图示)，比如为一钢化玻璃材质的可视窗口，该可视窗口可设置于所述罐体11的下部且位于与所述进气口111相对的侧壁上，其所在高度优选高于所述进气口111所在的高度，以通过所述可视窗口对所述罐体11内部的情况进行观察，比如观察所述罐体11内的氧化物颗粒沉淀状况和所述进气口111是否有堵塞情况等。所述罐体11可为一体式结构，也可以为上下可拆卸的结构以便需要时可对所述罐体11内部进行清洁保养。比如可自所述隔离盘121处分为可拆卸的上下两部分，但需确保所述罐体11在工作时上下两部分处于完全密封的状态。为确保所述罐体11的上部和下部的良好隔离，所述隔离盘121的尺寸需与其所在位置的所述罐体11的水平面的面积相等，由此使得过滤后的气体只能通过所述过滤芯122上升至所述罐体11的上部并经所述排气口112排出。故确保所述过滤芯122的正常过滤功能非常重要，如果所述过滤芯122被堵塞，过滤后的气体不能通过所述过滤芯122排出，将极易导致所述罐体11内的气压异常，严重时甚至会导致所述罐体11的爆炸，因而本申请进行了改进以对所述过滤芯122进行深度清洁。在一示例中，所述隔离盘121为金属材质的隔离法兰，其材质优选为表面光滑的不锈钢，以确保所述隔离盘121的结构稳定，同时减小氧化物颗粒沉积在所述隔离盘121表面的可能。
所述过滤芯122可为金属材质的过滤器，其顶部可略高于所述隔离盘121的上表面，数量优选为多个，比如为2个，3个，4个或更多个，具体可根据所述罐体11的水平面的面积和所述过滤芯122的直径而定，多个所述过滤芯122的尺寸和材质优选相同，且多个所述过滤芯122优选均匀间隔分布，有助于确保所述罐体11内的气压均衡。所述过滤芯122的水平面直径优选介于2～10cm之间(包括端点值)，以避免因所述过滤芯122的过滤口径太小导致含氧化物颗粒的气体无法及时过滤导致所述罐体11内气压上升，同时避免因过滤口径太大导致过滤效果下降等问题，其具体的规格可根据氧化物颗粒的通常直径而定，比如所述过滤芯122的气孔直径通常不大于0.1微米。所述清洁单元133的数量优选与所述过滤芯122的数量相同，且所述清洁单元133优选一一对应套设于所述过滤芯122的外壁；所述清洁单元133可以完全套设于所述过滤芯122的外壁，及所述清洁单元133的内径与所述过滤芯122的外径相同，也可以仅部分套设，比如为半圆环状，优选为完全套设的形式，有助于加快清洁速度。
所述清洁单元133可为任意具有清洁功能的结构。在一示例中，所述清洁单元133为橡胶刮圈，且所述橡胶刮圈与所述过滤芯122接触的表面优选为非平坦结构，比如呈均匀分布的凸点、波纹或其他任意非平坦状，以在清洁过程中增大其和所述过滤芯122的外壁的摩擦，提高清洁效果。
在另一示例中，所述清洁单元133为毛刷，比如为塑料材质或不锈钢材质的毛刷，且所述毛刷的刷毛尺寸不大于所述过滤芯122上的气孔尺寸，以使刷毛可伸入至所述过滤芯122的气孔内进行深度清洁。
为确保所述罐体11在工作时的高度密封，作为示例，所述罐体11还具有顶部开口114，所述顶部开口114处设置有三通阀115以对所述顶部开口114的开闭进行控制。在工艺生产结束后需对所述过滤芯122进行清洁时，所述驱动装置14可通过所述顶部开口114伸入至所述罐体11内与所述清洁装置13的连接杆131相连接，所述驱动装置14可驱动所述清洁装置13上下移动以对所述过滤芯122的侧壁进行清洁，且根据需要所述驱动装置14还可以驱动所述清洁装置13围绕所述过滤芯122进行旋转以对所述过滤芯122的外壁进行全面清洁。所述驱动装置14可为气缸或伺服电机。
为进一步确保所述罐体11的上下两部分的隔离，作为示例，所述清洁装置13还包括套设于所述连接杆131上的密封圈134，所述密封圈134与所述固定板132相接触，具体如图2所示。
为便于沉淀后的氧化物颗粒的收集，作为示例，所述集尘罐1还包括多个立柱15，与所述罐体11的底部相连接，用于支撑所述罐体11。所述立柱15和所述罐体11可为一体固定连接，也可以是可拆卸连接，比如多个所述立柱15可为一个可拆卸的支架以支撑所述罐体11，可拆卸设计有助于所述罐体11的搬运移动。
作为示例，所述集尘罐1还包括导向柱16和弹簧17，位于所述罐体11内；所述导向柱16的一端与所述隔离盘121相连接，另一端向所述罐体11的下部延伸；所述弹簧17位于所述清洁装置13的所述固定板132的下方且所述弹簧17套设于所述固定杆上，所述导向柱16的纵向长度优选大于所述过滤芯122的纵向长度(即所述导向柱16的底部相较于所述过滤芯122的底部更向下伸出)；所述导向柱16和所述弹簧17的设置有助于确保在工艺生产期间，即在所述清洁装置13不工作时使所述固定板132贴置在所述隔离盘121的下表面，避免妨碍所述过滤芯122的正常过滤工作，确保所述罐体11内的密封，同时在非工艺生产期间，即在所述清洁装置13对所述过滤芯122进行清洁的过程中，所述导向柱16和所述弹簧17有助于增大所述清洁装置13的移动阻力，从而有助于增强所述清洁单元133和所述过滤芯122的摩擦力，有助于提高清洁效果。所述导向柱16同样优选为多个，比如为2个，3个，4个或更多个(优选与所述过滤芯122的数量一致，比如均为4个)，多个所述导向柱16均匀间隔分布，具体如图3所示。需要特别说明的是，图3中示意出的所述导向柱16并不代表所述导向柱16一定要延伸至所述隔离盘121的上表面而只是示意出了所述导向柱16与所述隔离盘121相接触的位置。
作为示例，所述集尘罐1还设置有冷却装置18，根据所述冷却装置18的具体结构不同，可设置于所述罐体11的内部和/或外部。比如所述冷却装置18可以为气冷装置或水冷装置，优选位于所述罐体11的外部，且优选至少覆盖所述罐体11下部，所述冷却装置18有助于所述罐体11内的降温，从而有助于加快氧化物颗粒的沉淀。当所述冷却装置18为水冷装置时，所述冷却装置18的冷却管路还可以与工厂的厂务端的供热系统相连接，以实现热量的回收利用。由于单晶生长过程通常在高温下进行，排放废气的携带热量通过这样的方式可实现回收再利用。
利用所述集尘罐1进行颗粒物收集时，可以在工艺生产结束后打开所述顶部开口114处的三通阀115和所述除尘口113处的阀门，所述驱动装置14驱动所述清洁装置13上下移动以对所述过滤芯122的外壁进行清洁；在此过程中可以启动所述冷却装置18以给所述集尘罐1快速降温以加速氧化物颗粒的沉淀，沉积到所述罐体11底部的灰尘颗粒通过所述除尘口113排出。完成所述过滤芯122的清洁后所述驱动装置14离开所述罐体11，所述顶部开口114关闭；所述清洁装置13退回到原位，即退回至与所述隔离盘121贴置。根据需要还可以利用气体的压力差反吹来对所述过滤芯122进行更深层次的清洁，以进一步提高所述过滤芯122表面的清洁度，确保所述罐体11内的气压平衡，并由此稳定与所述集尘罐1相连接的设备，比如单晶生长炉的内压，同时延长真空泵的使用寿命。所述驱动装置14、所述阀门及所述除尘口113的开闭可以通过设备控制，因而整个清洁过程可以实现完全的自动化，可以降低人力成本，并避免氧化物颗粒及杂质对人体可能造成的危害。本实施例的集尘罐可以用于任何需要对灰尘颗粒进行收集管控的生产环境，比如可应用于单晶生长、化学气相沉积等工艺的尾气处理，因而本发明可以广泛应用于晶圆制造企业、芯片制造企业、液晶面板制造企业及太阳能电池片制造企业等。
实施例二
如图4所示，本发明还提供一种单晶生长设备，所述单晶生长设备包括炉体2、排气装置3及如实施例一中所述的集尘罐1，故对所述集尘罐1的介绍请参考实施例一，出于简洁的目的不赘述；所述集尘罐1的进气口111与所述炉体2的排气口112相连接，所述集尘罐1的排气口112与所述排气装置3相连接。
作为示例，所述排气装置3包括真空泵31及尾气处理单元32，所述真空泵31一端与所述集尘罐1的排气口112相连接，另一端与所述尾气处理单元32相连接；所述尾气处理单元32可以是水洗式尾气处理单元，也可以是燃烧式尾气处理单元，还可以是包含了燃烧和水洗两种功能的尾气处理单元(Gas Scrubber)，通过所述集尘罐1对自所述炉体2排出的尾气进行颗粒物的过滤沉淀，可以避免颗粒物造成所述真空泵31的堵塞，降低所述真空泵31的清洁保养频率和成本，延长所述真空泵31的使用寿命；过滤后的气体经所述真空泵31排放至所述尾气处理单元32做进一步净化处理后再排放，有助于减少环境污染。
作为示例，所述单晶生长设备还包括一控制装置4，比如一电脑，所述炉体2、所述排气装置3及所述集尘罐1(包括前述的所述三通阀115、所述驱动装置14及所述清洁装置13等)均与所述控制装置4相连接，因而所述单晶生长设备可实现完全地自动化。例如，所述控制装置4在炉体2内的工艺生产结束后关闭所述炉体2的排气口112，打开所述除尘口113且控制所述三通阀115打开以使所述驱动装置14通过所述罐体11的顶部开口114进入所述罐体11内并驱动所述清洁装置13上下移动以对所述过滤芯122的外壁进行清洁，经预设的时间后再将所述驱动装置14退回至所述罐体11外并关闭所述三通阀115和所述排气口112，利用所述真空泵31对所述罐体11内进行气体反吹以对所述过滤芯122进行进一步清洁。在清洁流程完成后所有的装置都复位到待机状态以开始下一次的单晶生长。采用本发明的单晶生长设备进行单晶生长，可因所述集尘罐内保持在较佳的工作状态而确保所述炉体内的氧化物颗粒及其他杂质被及时排出，由此可以避免氧化物颗粒对生长的单晶造成污染，提高单晶的品质，有助于生产良率的提高。且整个单晶生长过程可实现完全的自动化，有助于降低生产成本。
本发明还提供一种单晶生长方法，所述单晶生长方法基于实施例二所述的单晶生长设备进行，除增加了所述过滤芯的清洁过程外，所述单晶生长方法与常规方法并无其他明显差异，由于此部分内容为业内所熟知，故不做进一步展开。本发明的单晶生长方法由于使用了前述的单晶生长设备进行，因而可以提高单晶生长品质、提高工作效率。
综上所述，本发明提供一种集尘罐、单晶生长设备及单晶生长方法。本发明的集尘罐可以在每次工艺生产结束后，利用其自带的清洁装置对过滤芯表面进行清洁，可有效弥补现有清洁方式的不足，有助于提高过滤芯表面的清洁度、延长真空泵的使用寿命；且整个清洁过程可实现完全的自动化，有利于降低人力成本和保障人员健康。采用本发明的单晶生长设备及单晶生长方法，可有效提高生产良率，降低生产成本。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
