专利名称：内层透明电弧石英坩埚熔制机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电弧石英坩埚熔制设备，特别涉及一种里层为透明层，外层为不透明层的内层透明电弧石英坩埚熔制机，属采用真空电弧离心法生产半导体用石英坩埚的熔制设备领域。
背景技术：
半导体工业技术的进步和发展有赖于基础材料——石英玻璃的技术进步和发展。作为拉制单晶硅用的石英坩埚，是一种必不可少的不可替代的消耗材料。同时，石英坩埚的规格和质量又决定了半导体器件和单晶硅的规格和质量。因此，国家科委将“半导体用大直径电弧法石英坩埚制造机及工艺技术的研制开发”列入了“火炬计划”，并重点加以支持和投入。目前，国内各厂家均为在大气中生产的含有大量气泡的不透明石英玻璃坩埚，如附图3所示的未抽真空的不透明的石英坩埚。此种不透明的石英坩埚由于气泡的折射率和玻璃的折射率不一致，造成光线散射呈乳白色而不透明，使得用不透明的石英坩埚拉制出的单晶硅的规格和质量达不到电路级标准，单晶硅中的氧含量高，容易出现微缺陷。甚至出现废次品。
发明内容
本实用新型的目的，在于提供一种采用高纯石英粉在真空状态下熔制而制成的，具有透明层和不透明层的两层石英坩埚，且透明层极少气泡的分层电弧石英坩埚熔制机。
本实用新型是通过如下技术方案来实现上述目的的该内层透明电弧石英坩埚熔制机由“三高”石墨电极、石墨模、水冷套、多孔石墨底座、不锈钢座、倾动台、电机、带轮I、旋转轴、带轮II及真空管道组成，倾动台的下部装有一电机，电机通过带轮I及带轮II连接旋转轴，倾动台上方通过法兰固定有一不锈钢座，不锈钢座上装有一多孔石墨底座，多孔石墨底座上装有一石墨模；多孔石墨底座与石墨模组合后内部形成一个与石英坩埚外形一致的内腔，内腔的上方装有“三高”石墨电极；其特征在于多孔石墨底座与石墨模的组合体外部装有冷水套；旋转轴上装有一穿过其中心孔并与不锈钢座相通的真空管道；多孔石墨底座体内制有微气孔。本实用新型是将熔制机的石墨模和多孔石墨底座随着不锈钢座转动，在石墨模和多孔石墨底座外部装有水冷套，水冷套固定在倾动台上，以保护石墨模不被氧化。多孔石墨底座与真空管道相连。将高纯石英粉装入可以通过倾动台任意倾动角度的石墨模的成型模内，利用离心作用和成型棒手工成型后，将已成坩埚形的旋转着的装置回转到“三高”石墨电极处，将电极起弧并插入已成型的粉料内，然后开启真空系统装置，并通过多孔石墨底座上的微气孔使成型模内形成真空，使其快速熔化成坩埚形状。继而再关闭真空装置熔化一段时间，再将熔制好的坩埚冷却后取出，即完成一个石英坩埚的毛坯生产。
本实用新型与现有技术相比具有如下有益效果采用该内层透明电弧石英坩埚熔制机生产的产品分为内、外层，内层为透明层，改善了产品的内在质量，使用该分层石英坩埚拉制单晶硅时减少了单晶硅中的氧含量及微缺陷。且设备结构简单，生产操作方便，正品率高。
图1为内层透明电弧石英坩埚熔制机的成型机构示意图；图2为内层透明电弧石英坩埚熔制机的传动部分示意图；图3为未抽真空的不透明的石英坩埚产品剖面图；
图4为抽真空的分层石英坩埚产品剖面图；图中1.“三高”石墨电极，2.高纯石英砂，3.石墨模，4.水冷套，5.多孔石墨底座，6.不锈钢座，7.倾动台，8.电机，9.带轮I，10.旋转轴，11.带轮II，12.真空管道，13.未抽真空的不透明石英坩埚，14.抽真空后坩埚的透明层，15.抽真空后坩埚的不透明外层，16.微气孔。
具体实施方式
该内层透明电弧石英坩埚熔制机由“三高”石墨电极(1)、石墨模(3)、水冷套(4)、多孔石墨底座(5)、不锈钢座(6)、倾动台(7)、电机(8)、带轮I(9)、旋转轴(10)、带轮II(11)、真空管道(12)构成。它是采用将高纯石英粉在真空状态下熔制时由于存在一定的真空度，从而使气泡往外排出，熔制的石英玻璃气泡少而呈透明。成型机构如图1所示石墨模(3)与多孔石墨底座(5)联接，并固定在不锈钢底座(6)上，不锈钢座(6)为中空，与真空管道相接，在石墨模(3)及多孔石墨底座(5)的外围套上水冷套(4)，以降低石墨件的温度，减缓石墨模(3)及多孔石墨底座(5)的氧化。
传动机构如图2所示电机(8)带动带轮I(9)，带轮I(9)传动带轮II(11)，通过旋转轴(10)带动不锈钢座(6)、石墨模(3)、多孔石墨底座(5)及高纯石英砂(2)快速旋转。旋转时高纯石英粉(2)由于离心作用附着在石墨模(3)及多孔石墨底座(5)上，通常根据石英坩埚的规格确定转速，一般转速为70-140转/分。同时，真空管道(12)与不锈钢座(6)相连，通过多孔石墨底座(5)使高纯石英砂(2)处于真空状态。
制作时，打开电源，启动油泵，不锈钢座(6)、多孔石墨底座(5)及石墨模(3)旋转，首先加入一定量的高纯石英粉(2)进行手工成型后，再将“三高”石墨电极(1)下降至水冷套(4)上部起弧，然后开启真空系统(12)，并通过多孔石墨底座(5)上的微气孔(16)使成型模内形成真空。以电弧为热源，将高纯石英砂(2)烧结成型为透明层(14)，然后关闭真空系统，再熔制5-10分钟，形成不透明外层(15)。
下面举两个具体实施例实施例一以16″坩埚为例，石墨体(3)及多孔石墨底座(5)转速为89转/分，开启电源，加入15kg高纯石英砂(2)进行手工成型后，再将“三高”石墨电极(1)下降至水冷套(4)上部起弧，打开真空系统，通过多孔石墨底座(5)上的微气孔(16)使成型模内形成真空。熔制3-8分钟，然后关闭真空系统，继续熔制5-8分钟，然后将熔制好的坩埚冷却后取出，对毛坯进行冷加工处理，即成为图4所示的具有明显的透明层(14)和不透明外层(15)的石英坩埚产品。
实施例二以12″坩埚为例，石墨体(3)及多孔石墨底座(5)转速为100转/分，开启电源，加入7.5kg高纯石英砂(2)进行手工成型后，再将“三高”石墨电极(1)下降至水冷套(4)上部起弧，打开真空系统，通过多孔石墨底座(5)上的微气孔(16)使成型模内形成真空。熔制3-6分钟，然后关闭真空系统，继续熔制6-8分钟，然后将熔制好的坩埚冷却后取出，对毛坯进行冷加工处理，即成为图4所示的具有明显的透明层(14)和不透明外层(15)的石英坩埚产品。
权利要求1.一种内层透明电弧石英坩埚熔制机，它由“三高”石墨电极、石墨模、水冷套、多孔石墨底座、不锈钢座、倾动台、电机、带轮I、旋转轴、带轮II及真空管道组成，倾动台的下部装有一电机，电机通过带轮I及带轮II连接旋转轴，倾动台上方通过法兰固定有一不锈钢座，不锈钢座上装有一多孔石墨底座，多孔石墨底座上装有一石墨模；多孔石墨底座与石墨模组合后内部形成一个与石英坩埚外形一致的内腔，内腔的上方装有“三高”石墨电极；其特征在于多孔石墨底座与石墨模的组合体外部装有冷水套；旋转轴上装有一穿过其中心孔并与不锈钢座相通的真空管道；多孔石墨底座体内制有微气孔。
专利摘要本实用新型涉及一种里层为透明层，外层为半透明层的内层透明电弧石英坩埚熔制机，属采用真空电弧离心法生产半导体用石英坩埚的熔制设备领域。它由“三高”石墨电极、石墨模、水冷套、多孔石墨底座、不锈钢座、倾动台、电机、带轮、旋转轴及真空管道组成。它是采用将高纯石英粉在真空状态下熔制，使气泡往外排出，使得熔制的石英玻璃气泡少而呈透明。解决了目前国内含有气泡的不透明石英坩埚，由于气泡内含有CO
文档编号C30B15/10GK2656436SQ20032011544
公开日2004年11月17日 申请日期2003年10月13日 优先权日2003年10月13日
发明者蔡承悌, 王 忠 申请人:荆州市菲利华石英玻璃有限公司